CN101775590B - 一种具有保护涂层的石墨基座及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有保护涂层的石墨基座及其制备方法，结合原位化学气相反应渗透+化学气相沉积两步法在多孔石墨基座表面制备碳化硅涂层。该制备方法按如下步骤进行：a.将石墨基座基体置入反应室中，当反应室温度为1300～1600℃、真空为200～5000Pa条件下，按照SiCl4∶H2＝1∶5～50体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为0.5～2小时，原位气相反应在石墨基座基体上渗透一层初级SiC涂层；然后b.按照CH3SiCl3∶H2＝1∶5～100体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，控制氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为1～50小时，裂解后在初级SiC涂层表面外沉积一层二级SiC涂层。
Description
技术领域：
本发明涉及高纯石墨基座技术领域，更进一步讲涉及一种具有SiC(碳化硅)保护涂层的石墨基座及其制备方法。
背景技术：
GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，对于单晶GaN材料的制备、硅外延单晶的生长一般都采用气相外延生长(即化学气相沉积，CVD)的方法。在制备GaN单晶，硅外延单晶材料的过程中，必须保证反应环境的高度洁净。目前，在外延生长单晶材料的过程中，使用的反应基座/坩埚都是石墨材料，由于石墨材料在高温、腐蚀性气体环境下会发生腐蚀掉粉现象，从而将粉体杂质引入到单晶材料中。解决石墨基座/石墨盘腐蚀问题的最佳措施是对石墨基座/石墨盘施加整体致密涂层。
高纯度碳化硅(SiC)材料具有密度低、热学性能稳定、高温抗氧化、耐冲刷、抗腐蚀等优异性能，是石墨基座表面涂层的理想材料体系。解决石墨基座制备方法存在一些难以克服的难题：1、致密度，采用传统的工艺制备的SiC材料很难完全致密。2、表面平整度，由于单晶生长用的石墨基座要求表面平整度非常高，涂层制备完毕后必需保持基座原有的平整度，即涂层面必须均匀一致，传统的制备工艺难以做到。3、全包裹，石墨基座整体都要处于腐蚀性、1000～1800℃工作环境中，整个表面必须采用涂层全包裹，传统制备工艺都存在有支撑点缺陷问题。4、结合强度：由于石墨基材和SiC的膨胀系数存在差异，传统工艺制备的SiC涂层往往会开裂，导致涂层失效。5、热传导：由于SiC具有较高的热传导率(120W/m·K)，故热传导快速均匀。
发明内容：
本发明的目的之一是提供一种具有完全致密、均匀、全包裹和石墨基座结合强度高的具有保护涂层的石墨基座；目的之二是提供该具有保护涂层的石墨基座的制备方法。
本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现：
石墨基座基体表面外渗透有初级SiC涂层，在初级SiC涂层外沉积有一层二级SiC涂层。
本发明的目的之二可通过如下技术措施来实现：
本发明结合原位化学气相反应渗透+化学气相沉积两步法在多孔石墨基座表面制备碳化硅涂层，具体制备方法按如下步骤进行：
a.将石墨基座基体置入反应室中，当反应室温度为1300～1600℃、真空为200～5000Pa条件下，按照SiCl4∶H2＝1∶5～50体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为0.5～2小时，原位气相反应在石墨基座基体上渗透一层初级SiC涂层；然后
b.按照CH3SiCl3∶H2＝1∶5～100体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，控制反应室内温度和压力不变，氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为1～50小时，裂解后在初级SiC涂层表面外沉积一层二级SiC涂层。
本发明在高温反应室内通入SiCl4气和H2气，SiCl4吸附到石墨基座表面的同时高温裂解释放出硅，硅和表层石墨碳直接结合，从而将石墨基座包裹起来，原位形成初级SiC涂层，原位反应形成的初级SiC涂层牢牢的结在石墨基座上；停止通入SiCl4气体后，改通入CH3SiCl3气和H2气，CH3SiCl3裂解后在初级SiC涂层上沉积一层二级SiC涂层。
本发明与背景技术相比采用本发明的工艺制备的SiC涂层，与石墨基座形成化学结合，由于在石墨表面预先原位化学反应制备了一层初级SiC涂层，缓解了直接采用CVD工艺在石墨基座表面制备SiC涂层时的热失配，提高了结合强度，涂层和石墨基座形成Si-C化学键结合，结合强度高，无应力。采用本发明制备的碳化硅涂层，全部由高纯度β-SiC组成，材料密度在3.20g/cm3左右。该SiC涂层石墨基座表面致密、平整、无孔隙、耐高温、抗溶蚀、抗氧化。本发明对制备的SiC涂层的组成、结构和性能进行了测定。如下表：
表1原位化学气相反应+化学气相沉积SiC涂层的性能
| 性能类别 | 晶型 | 密度g·cm-3 | 热导率W/m·k | 热膨胀系数(RT)10-6·k-1 | 弹性模量GPa |
| 性能数据 | β-SiC | 3.15-3.20 | 120 | 4.0 | 460 |
附图说明：
图1是本发明实施例的结构示意图，图中标号为：1、石墨基座基体 2、初级SiC涂层 3、二级SiC涂层；
图2是本发明具有保护涂层的石墨基座的断口形貌SEM照片；由图2的照片可以看出，涂层和石墨结合非常牢固，无裂纹，初级涂层部分渗透到石墨基体中，形成“钉扎”效应。二级SiC涂层与初级SiC涂层结合良好，中间无界面。
图3是本发明沉积的SiC涂层的表面形貌SEM照片；
图4是本发明沉积的SiC涂层的XRD图谱；
图5本发明制备的直径67mm的SiC整体涂层石墨基座。
由图2的照片可以看出：涂层和石墨结合非常牢固，无裂纹，初级涂层部分渗透到石墨基体中，形成“钉扎”效应；二级SiC涂层与初级SiC涂层结合良好，中间无界面。由图3的SEM照片可以看出：涂层致密，平整。由图4的XRD图谱可以看出：涂层全部由多晶β-SiC组成，无其他杂质。由图5可以看出：整体涂层光滑、致密、平整、无裂纹，呈现了对石墨基座的全包裹保护。
具体实施方式：
实施例1：
a.将石墨基座基体1置入真空为200Pa的反应室中，当反应室温度升至1600℃，按照SiCl4∶H2＝1∶5体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出，控制载气H2气流量为1000ml/min，通气时间为0.5小时，原位气相反应在石墨基座基体1上渗透一层初级SiC涂层2；然后
b.改为通入CH3SiCl3气和H2气，在反应室内温度和压力不变的情况下，按照CH3SiCl3∶H2＝1∶100体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出利用H2气鼓泡将CH3SiCl3气带出，控制载气H2气流量为200ml/min，通气时间为1小时，裂解后在初级SiC涂层2表面外沉积一层二级SiC涂层3，取出即为产品。
实施例2：
a.将石墨基座基体1置入真空为5000Pa的反应室中，当反应室温度升至1300℃，按照SiCl4∶H2＝1∶50体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出，控制载气H2气流量为200ml/min，通气时间为2小时，原位气相反应在石墨基座基体1上渗透一层初级SiC涂层2；然后
b.改为通入CH3SiCl3气和H2气，在反应室内温度和压力不变的情况下，按照CH3SiCl3∶H2＝1∶5体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，利用H2气作为载气将CH3SiCl3气带出，控制载气H2气流量为1000ml/min，通气时间为50小时，裂解后在初级SiC涂层2表面外沉积一层二级SiC涂层3，取出即为产品。
实施例3：
a.将石墨基座基体1置入真空为3000Pa的反应室中，当反应室温度升至1400℃，按照SiCl4∶H2＝1∶30体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出，控制载气H2气流量为600ml/min，通气时间为1小时，原位气相反应在石墨基座基体1上渗透一层初级SiC涂层2；然后
b.改为通入CH3SiCl3气和H2气，在反应室内温度和压力不变的情况下，按照CH3SiCl3∶H2＝1∶20体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，利用H2气作为载气将CH3SiCl3气带出，控制载气H2气流量为600ml/min，通气时间为30小时，裂解后在初级SiC涂层2表面外沉积一层二级SiC涂层3，取出即为产品。
实施例4：
a.将石墨基座基体1置入真空为2000Pa的反应室中，当反应室温度升至1500℃，按照SiCl4∶H2＝1∶20体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出，控制载气H2气流量为600ml/min，通气时间为1.5小时，原位气相反应在石墨基座基体1上渗透一层初级SiC涂层2；然后
b.改为通入CH3SiCl3气和H2气，在反应室内温度和压力不变的情况下，按照CH3SiCl3∶H2＝1∶30体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，利用H2气作为载气将CH3SiCl3气带出，控制载气H2气流量为600ml/min，通气时间为15小时，裂解后在初级SiC涂层2表面外沉积一层二级SiC涂层3，取出即为产为产品。
Claims (1)
1.一种具有保护涂层的石墨基座的制备方法，其特征在于该制备方法按如下步骤进行：
a.将石墨基座基体(1)置入反应室中，当反应室温度为1300～1600℃、真空为200～5000Pa条件下，按照SiCl4∶H2＝1∶5～50体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，控制氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为0.5～2小时，原位气相反应在石墨基座基体(1)上渗透一层初级SiC涂层(2)；然后
b.按照CH3SiCl3∶H2＝1∶5～100体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，控制氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为1～50小时，裂解后在初级SiC涂层(2)表面外沉积一层二级SiC涂层(3)。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3925577A (en) * | 1972-11-24 | 1975-12-09 | Westinghouse Electric Corp | Silicon carbide coated graphite members and process for producing the same |
| US6426133B1 (en) * | 1999-05-07 | 2002-07-30 | Tokai Carbon Company, Ltd. | Graphite material coated with silicon carbide |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3925577A (en) * | 1972-11-24 | 1975-12-09 | Westinghouse Electric Corp | Silicon carbide coated graphite members and process for producing the same |
| US6426133B1 (en) * | 1999-05-07 | 2002-07-30 | Tokai Carbon Company, Ltd. | Graphite material coated with silicon carbide |
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