发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,可以使表面修复后的热解氮化硼坩埚再次用于化合物半导体单晶的生长,降低了成本。
为了解决上述技术问题,本发明采用了如下技术方案:
一种用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,包括如下步骤:先将氧化硼粉与酚醛树脂配制成料浆;再将配制好的料浆均匀涂覆于清洗干净的需要修复的用后热解氮化硼坩埚表面并干燥;然后将上述干燥后的热解氮化硼坩埚置于高温气氛炉加热,在一定气氛条件下反应,原位生成氮化硼涂层;最后将表面打磨抛光后即得到修复后的热解氮化硼坩埚。
进一步,如上所述的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,其中,氧化硼粉纯度高于99.9%,粒度小于0.074毫米。
进一步,如上所述的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,其中,氧化硼粉与酚醛树脂的质量比范围在1~5:1。
进一步,如上所述的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,其中,将配制好的料浆采用刷涂法、喷涂法、旋涂法或提拉法均匀涂覆于清洗干净的用后热解氮化硼坩埚表面,涂覆厚度需要使涂层完全覆盖损伤表面。
进一步,如上所述的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,其中,将涂覆有料浆的用后热解氮化硼坩埚置于高温气氛炉中加热的条件为,以1-10℃/分钟升温至300-500℃,保温3-24小时,继续以1-10℃/分钟升温至1100-1600℃保温1-24小时,原位生成BN涂层。
进一步,如上所述的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,其中将涂覆有料浆的用后热解氮化硼坩埚置于高温气氛炉中加热时,需要通入气体,所述气体为氮气、氨气或两者的混合气。
进一步,如上所述的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,其中,需要修复的用后热解氮化硼坩埚表面采用水、无水乙醇、甲醇或丙酮作为清洗介质,或采用超声清洗。
进一步,如上所述的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法,其中,将高纯氧化硼粉与酚醛树脂的乙醇溶液混合,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、可修复用后PBN坩埚的表面,延长PBN坩埚的使用寿命;
2、这种方法采用的原料成本较低,制备温度低,制备周期短,体现了低成本和节能环保的特色。
一般情况下,PBN坩埚生长半导体化合物单晶3-5次后用本方法进行表面修复,其后每使用2-4次进行一次表面修复,可使PBN坩埚的使用寿命延长到15到20次,具体进行表面修复的间隔次数视PBN坩埚内表面损伤情况而定。由于修复层与PBN坩埚表面结合弱于PBN坩埚本身,因此修复后的PBN坩埚发生分层剥落时,剥落优先发生于修复层内以及修复层与PBN坩埚的界面处,也有少部分情况会发生在PBN坩埚内。本发明方法对于用后PBN坩埚的再利用具有重要意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述,但不作为对本发明的限定。
实施例1:
直径4英寸、壁厚1.5mm的热解氮化硼坩埚,用于垂直梯度凝固法(VGF)生长GaAs单晶。
PBN坩埚连续使用4次后发现坩埚内表面存在2处分层剥落,一处面积约10mm ×10mm,厚度约0.1mm,另一处面积约15mm ×20mm,厚度约0.2mm。对其进行第1次表面修复。
1、将该PBN坩埚的表面依次用丙酮、甲醇和去离子水超声清洗干净,去除表面的碎屑及油污,然后干燥;
2、将高纯氧化硼粉末磨细至200目(0.074毫米)以细,加入质量分数为20%酚醛树脂的乙醇溶液,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料,其中氧化硼与酚醛树脂的质量比为4:1;
3、将制备的氧化硼-酚醛树脂料浆用提拉法涂覆于清洗干净的用后PBN坩埚表面,并干燥,用提拉法重复2次后,涂层厚度约0.1mm,并完全填满2处损伤的剥落层凹坑;
4、将涂覆氧化硼-酚醛树脂料浆的用后PBN坩埚置于高温气氛炉中,通入氮气,以2℃/min,升温至400℃,保温4小时,继续以8℃/min升温至1200℃保温3小时,原位生成BN涂层。然后自然冷却至室温,将内表面打磨抛光后制备得到修复后的PBN坩埚。新生成的修复层厚度约0.05mm。
继续使用修复后的PBN坩埚进行垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长,使用4次后,发现修复层大部分剥落,但原PBN坩埚部分内表面无新发现的剥落,进行第2次表面修复。
1、将该PBN坩埚的表面依次用丙酮、甲醇和去离子水超声清洗干净,去除表面的碎屑及油污,然后干燥;
2、将高纯氧化硼粉末磨细至200目以细,加入质量分数为20%酚醛树脂的乙醇溶液,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料,其中氧化硼与酚醛树脂的质量比为5:1;
3、将制备的氧化硼-酚醛树脂料浆用提拉法涂覆于清洗干净的用后PBN坩埚表面,并干燥,用提拉法重复3次后,涂层厚度约0.15mm,并完全填满损伤的剥落层凹坑;
4、将涂覆氧化硼-酚醛树脂料浆的用后PBN坩埚置于高温气氛炉中,通入氮气,以2℃/min,升温至400℃,保温4h,继续以8℃/min升温至1200℃保温3小时,原位生成BN涂层。然后自然冷却至室温,将内表面打磨抛光后制备得到修复后的PBN坩埚。新生成的修复层厚度约0.05mm。
继续使用修复后的PBN坩埚进行垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长,使用3次后,发现修复层大部分剥落,原PBN坩埚部分内表面新发现1处剥落,面积约为20mm×40mm,进行第3次表面修复。
1、将该PBN坩埚的表面依次用丙酮、甲醇和去离子水超声清洗干净,去除表面的碎屑及油污,然后干燥;
2、将高纯氧化硼粉末磨细至200目以细,加入质量分数为20%酚醛树脂的乙醇溶液,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料,其中氧化硼与酚醛树脂的质量比范围在3:1;
3、将制备的氧化硼-酚醛树脂料浆用提拉法涂覆于清洗干净的用后PBN坩埚表面,并干燥,用提拉法重复3次后,涂层厚度约0.15mm,并完全填满损伤的剥落层凹坑;
4、将涂覆氧化硼-酚醛树脂料浆的用后PBN坩埚置于高温气氛炉中,通入氮气,以2℃/min,升温至400℃,保温4h,继续以8℃/min升温至1200℃保温3小时,原位生成BN涂层。然后自然冷却至室温,将内表面打磨抛光后制备得到修复后的PBN坩埚。新生成的修复层厚度约0.05mm。
继续使用修复后的PBN坩埚进行垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长,使用3次后,发现修复层大部分剥落,但原PBN坩埚部分内表面无新发现的剥落,进行第4次表面修复。
1、将该PBN坩埚的表面依次用丙酮、甲醇和去离子水超声清洗干净,去除表面的碎屑及油污,然后干燥;
2、将高纯氧化硼粉末磨细至200目以细,加入质量分数为20%酚醛树脂的乙醇溶液,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料,其中氧化硼与酚醛树脂的质量比范围在1:1;
3、将制备的氧化硼-酚醛树脂料浆用提拉法涂覆于清洗干净的用后PBN坩埚表面,并干燥,用提拉法重复3次后,涂层厚度约0.15mm,并完全填满损伤的剥落层凹坑;
4、将涂覆氧化硼-酚醛树脂料浆的用后PBN坩埚置于高温气氛炉中,通入氮气,以2℃/min,升温至400℃,保温4h,继续以8℃/min升温至1200℃保温3小时,原位生成BN涂层。然后自然冷却至室温,将内表面打磨抛光后制备得到修复后的PBN坩埚。新生成的修复层厚度约0.05mm。
继续使用修复后的PBN坩埚进行垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长,使用2次后,发现修复层大部分剥落,原PBN坩埚部分内表面新发现2处较大面积剥落,面积约为30mm×30mm和40mm×50mm,进行第5次表面修复。
1、将该PBN坩埚的表面依次用丙酮、甲醇和去离子水超声清洗干净,去除表面的碎屑及油污,然后干燥;
2、将高纯氧化硼粉末磨细至200目以细,加入质量分数为20%酚醛树脂的乙醇溶液,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料,其中氧化硼与酚醛树脂的质量比范围在4:1;
3、将制备的氧化硼-酚醛树脂料浆用提拉法涂覆于清洗干净的用后PBN坩埚表面,并干燥,用提拉法重复3次后,涂层厚度约0.15mm,并完全填满损伤的剥落层凹坑;
4、将涂覆氧化硼-酚醛树脂料浆的用后PBN坩埚置于高温气氛炉中,通入氮气,以2℃/min,升温至400℃,保温4h,继续以8℃/min升温至1200℃保温3小时,原位生成BN涂层。然后自然冷却至室温,将内表面打磨抛光后制备得到修复后的PBN坩埚。新生成的修复层厚度约0.05mm。
继续使用修复后的PBN坩埚进行垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长,使用3次后,发现修复层大部分剥落,原PBN坩埚部分内表面剥落处新发现1处较厚剥落,面积约为10mm×10mm,厚度约为0.7mm,为保证GaAs单晶生长过程的安全,将此PBN坩埚废弃。
采用本用后PBN坩埚表面修复方法后,此PBN坩埚共使用了5次表面修复,累计使用此PBN坩埚4+4+3+3+2+3=19次,比原来不采用表面修复的PBN坩埚的使用次数增加了。
实施例2:
直径6英寸、壁厚1.5mm的PBN坩埚,用于垂直梯度凝固法(VGF)生长GaAs单晶。
PBN坩埚连续使用4次后发现坩埚内表面存在1处分层剥落,面积约15mm×20mm,厚度约0.1mm。对其进行第1次表面修复。
1、将该PBN坩埚的表面依次用丙酮、甲醇和去离子水超声清洗干净,去除表面的碎屑及油污,然后干燥;
2、将高纯氧化硼粉末磨细至200目以细,加入质量分数为10%酚醛树脂的乙醇溶液,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料,其中氧化硼与酚醛树脂的质量比范围在5:1;
3、将制备的氧化硼-酚醛树脂料浆用旋涂法涂覆于清洗干净的用后PBN坩埚的内表面,并干燥,用旋涂法重复1次后,涂层厚度约0.1mm,并完全填满1处损伤的剥落层凹坑;
4、将涂覆氧化硼-酚醛树脂料浆的用后PBN坩埚置于高温气氛炉中,通入氮气,以3℃/min,升温至350℃,保温5h,继续以10℃/min升温至1250℃保温2小时,原位生成BN涂层。然后自然冷却至室温,将内表面打磨抛光后制备得到修复后的PBN坩埚。新生成的修复层厚度约0.05mm。
继续使用修复后的PBN坩埚进行垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长,使用4次后,发现修复层部分剥落,原PBN坩埚部分内表面新发现1处剥落,面积约为20mm×30mm,进行第2次表面修复。
1、将该PBN坩埚的表面依次用丙酮、甲醇和去离子水超声清洗干净,去除表面的碎屑及油污,然后干燥;
2、将高纯氧化硼粉末磨细至200目以细,加入质量分数为10%酚醛树脂的乙醇溶液,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料,其中氧化硼与酚醛树脂的质量比范围在2:1;
3、将制备的氧化硼-酚醛树脂料浆用旋涂法涂覆于清洗干净的用后PBN坩埚的内表面,并干燥,用旋涂法重复1次后,涂层厚度约0.1mm,并完全填满损伤的剥落层凹坑;
4、将涂覆氧化硼-酚醛树脂料浆的用后PBN坩埚置于高温气氛炉中,通入氮气,以3℃/min,升温至350℃,保温5h,继续以10℃/min升温至1250℃保温2小时,原位生成BN涂层。然后自然冷却至室温,将内表面打磨抛光后制备得到修复后的PBN坩埚。新生成的修复层厚度约0.05mm。
继续使用修复后的PBN坩埚进行垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长,使用3次后,发现修复层部分剥落,原PBN坩埚部分内表面新发现1处剥落,面积约为30mm×30mm,进行第3次表面修复。
1、将该PBN坩埚的表面依次用丙酮、甲醇和去离子水超声清洗干净,去除表面的碎屑及油污,然后干燥;
2、将高纯氧化硼粉末磨细至200目以细,加入质量分数为10%酚醛树脂的乙醇溶液,配置成氧化硼-酚醛树脂浆料,其中氧化硼与酚醛树脂的质量比范围在3:1;
3、将制备的氧化硼-酚醛树脂料浆用旋涂法涂覆于清洗干净的用后PBN坩埚的内表面,并干燥,用旋涂法重复1次后,涂层厚度约0.1mm,并完全填满损伤的剥落层凹坑;
4、将涂覆氧化硼-酚醛树脂料浆的用后PBN坩埚置于高温气氛炉中,通入氮气,以3℃/min,升温至350℃,保温5h,继续以10℃/min升温至1250℃保温2小时,原位生成BN涂层。然后自然冷却至室温,将内表面打磨抛光后制备得到修复后的PBN坩埚。新生成的修复层厚度约0.05mm。
继续使用修复后的PBN坩埚进行垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长,使用2次后,发现修复层部分剥落,原PBN坩埚发现1处贯通裂纹,长度约为20mm,坩埚失效,将此PBN坩埚废弃。
采用本用后PBN坩埚表面修复方法后,此PBN坩埚共使用了3次表面修复,累计使用此PBN坩埚4+4+3+2=13次,比原来不采用表面修复的PBN坩埚的使用次数增加了。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例,不用于限制本发明,本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。