碳化硅原料的合成装置及其合成方法与流程

本发明涉及碳化硅制备，尤其涉及一种碳化硅原料的合成装置及其利用该合成装置合成碳化硅原料的方法。

背景技术：

1、碳化硅作为第三代半导体材料，与前两代半导体材料相比，以碳化硅制成的器件拥有良好的耐热性、耐压性和极低的导通能量损耗，是制造高压功率器件与高功率射频器件的理想材料，广泛应用于新能源汽车、充电桩、轨道交通、光伏、风电等电力电子领域。

2、目前工业化生产碳化硅原料的方法大多数为固相法，存在成本高、产能低、晶粒小、杂质多等问题。

3、成本高：碳化硅原料合成的成本构成中，原材料占比较大。传统固相法由于原材料高纯碳粉、高纯硅粉的成本较高，导致合成的碳化硅原料成本较高。

4、①由于传统固相法使用的坩埚受材料强度影响，尺寸无法做大。②受固体原料反应均匀性的限制，单次放入的原料越多，合成的碳化硅原料均匀性越差。③固相法的原料只能在装炉时一次投入，无法在合成过程中持续添加反应原料，导致传统固相法合成的产能较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决现有技术存在的上述不足，一方面，本发明提供了一种碳化硅原料的合成装置，其通过在石墨盘上合成碳化硅原料，产能大、成本低，能够实现连续生产。由于原材料气源的纯度高，合成的碳化硅的纯度高且稳定。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、一种碳化硅原料的合成装置，包括：

4、密闭空间，其由下托盘、围挡和上盖围合而成；

5、若干石墨盘，其设置于所述密闭空间内，且呈上下分层布置；

6、导气杆，其插入若干所述石墨盘中心，其上开设有若干输气孔；

7、所述下托盘上开设有进气孔，所述上盖上开设有出气孔，进气管通过所述进气孔与所述导气杆相连通；

8、所述输气孔位于相邻两个石墨盘之间。

9、优选地，所述导气杆的下部与所述进气孔螺接。

10、优选地，所述导气杆与所述石墨盘螺接。

11、优选地，位于相邻两个石墨盘之间的输气孔的直径大于1cm，相邻输气孔的间距为0.5-1cm。

12、优选地，所述石墨盘的厚度为0.5-2cm，相邻两个石墨盘的间隔大于10cm。

13、优选地，所述导气杆、围挡、上盖和下托盘为石墨材质。

14、另一方面，本发明提供了一种利用上述碳化硅原料的合成装置合成碳化硅原料的方法，包括如下步骤：

15、步骤（1），将所述合成装置安装在加热炉的炉腔内，将炉腔抽真空至10-5pa以下，通入反应气体、载气和缓冲气体的混合气体，加热炉腔至1200℃-1400℃，碳化硅产物开始在石墨盘表面生成；

16、步骤（2），随着合成时间的延长，当石墨盘上生成的碳化硅的厚度达到所需要的尺寸后，停止加热，同时停止通入反应气体和载气，保持缓冲气体通入；

17、步骤（3），等待炉膛内的温度降低至室温，开炉，将覆盖有碳化硅产物的石墨盘取出。

18、优选地，所述反应气体为ch5clsi，所述载气为h2，所述缓冲气体为ar。

19、优选地，所述反应气体和所述载气在通入炉腔前均匀混合，混合温度为10℃~25℃。

20、优选地，步骤（1）中，炉腔内压力控制在50-200mbar。

21、本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

22、本发明通过在石墨盘上合成碳化硅原料，与传统的固相法相比，该方法产能大、成本低，能够实现连续生产。由于原材料气源的纯度高，合成的碳化硅的纯度高且稳定。

23、与固相法相比，本发明采用气相法合成碳化硅粉料，由于合成过程中，可以持续地通入气体原料，在前期先合成的碳化硅粉体颗粒表面持续生成碳化硅，从而使合成的粉料晶粒较大。

24、本发明通过采用高纯度的气体原料，且与传统的固相法相比，原料混合过程没有暴露在外界环境里，能够减少杂质的引入。

25、碳化硅原料合成的成本构成中，原材料占比较大。传统固相法由于原材料高纯碳粉、高纯硅粉的成本较高，导致合成的碳化硅原料成本较高。而本发明采用的高纯气体为半导体产业中常用的高纯气体，成本较低，能够有效的降低生产成本。

26、①由于传统固相法使用的坩埚受材料强度影响，尺寸无法做大。②受固体原料反应均匀性的限制，单次放入的原料越多，合成的碳化硅原料均匀性越差。③固相法的原料只能在装炉时一次投入，无法在合成过程中持续添加反应原料，导致传统固相法合成的产能较低。而本发明采用的气相法不使用反应坩埚，没有坩埚材料的限制，反应炉中的石墨盘可以做到1米以上，且原料可以持续通入，所以气相法可以解决产能低的问题。

1.一种碳化硅原料的合成装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅原料的合成装置，其特征在于，所述导气杆的下部与所述进气孔螺接。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅原料的合成装置，其特征在于，所述导气杆与所述石墨盘螺接。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅原料的合成装置，其特征在于，位于相邻两个石墨盘之间的输气孔的直径大于1cm，相邻输气孔的间距为0.5-1cm。

5.根据权利要求1所述的一种碳化硅原料的合成装置，其特征在于，所述石墨盘的厚度为0.5-2cm，相邻两个石墨盘的间隔大于10cm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种碳化硅原料的合成装置，其特征在于，所述导气杆、围挡、上盖和下托盘为石墨材质。

7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的一种碳化硅原料的合成装置合成碳化硅原料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的合成碳化硅原料的方法，其特征在于，所述反应气体为ch5clsi，所述载气为h2，所述缓冲气体为ar。

9.根据权利要求7所述的合成碳化硅原料的方法，其特征在于，所述反应气体和所述载气在通入炉腔前均匀混合，混合温度为10℃~25℃。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的合成碳化硅原料的方法，其特征在于，步骤（1）中，炉腔内压力控制在50-200mbar。