[发明专利]一种碳化硅宝石的生长方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅宝石的生长方法，通过使用蜂窝状石墨衬底，该石墨衬底一面固定在坩埚上盖上，另一面与SiC粉料相对放置，可以同时生长多个SiC单晶颗粒；当石墨坩埚放入感应加热炉中进行SiC单晶生长，生长温度1800℃‑2400℃，生长压力1×10^‑4Pa‑1×10⁴Pa，得到的SiC颗粒直接用做SiC宝石原料。由此，得到SiC单晶颗粒可以直接作为宝石原料，不需要线切割处理，提高生产效率；无需使用线切割耗材且没有线切割造成的晶体损耗，提高晶体可用比例，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及一种高频器件应用领域，主要涉及一种碳化硅宝石的生长方法。

背景技术

晶体自身的性质决定该晶体是否适合作为宝石原料，主要包括折射率、硬度和稳定性等。折射率反映了晶体折射光线的能力，高折射率材料制成的宝石在日光线能够闪光和呈现光泽。硬度体现了宝石的抵抗划刻的能力，而稳定性保证了宝石的长时间的佩戴和使用。SiC具有高的折射率(2.5-2.7)，高的硬度(莫氏硬度8.5-9.25)，且SiC极其稳定，在空气中能够耐受1000℃以上的高温，因此SiC晶体非常适合制作宝石。

块状SiC单晶制备的常用方法是物理气相传输法。将碳化硅粉料放入密闭的石墨组成的坩埚底部，坩埚上盖固定一个准圆形籽晶，籽晶的直径将决定晶体的直径。粉料在感应线圈的作用下将达到升华温度点，升华产生的 Si、Si₂C 和 SiC₂ 分子在轴向温度梯度的作用下从原料表面传输到籽晶表面，在籽晶表面缓慢结晶得到块状SiC单晶。现有技术中，块状SiC晶体生长热场主要包含三部分，坩埚和坩埚上盖（通常为石墨材料），保温毡和感应加热器。坩埚底部放置碳化硅粉料，准圆形籽晶粘结在坩埚上盖上，与碳化硅粉料相对放置，生长过程中碳化硅粉料升华生成Si、Si₂C 和 SiC₂等气相组分，这些气相组分部分在籽晶上沉积使晶体不断生长，最后得到块状SiC晶体，晶体的直径通常为2寸、3寸、4寸和6寸。由此，得到的块状SiC晶体通过线切割技术得到方形粗宝石，再利用抛光和刻面等工艺加工成宝石。但是，现有技术的该方法存在以下缺点：SiC晶体硬度很高，线切割周期长，降低了生产效率；SiC晶体切割过程需要损耗切割耗材且切割过程中会造成SiC晶体损失，增加了生产成本。

生长的块状SiC单晶，利用线切割技术加工成颗粒状的粗宝石，再利用抛光和刻面等工艺加工成宝石。由于SiC的硬度很高，将块状SiC单晶切割颗粒状的粗宝石是非常耗时的，造成生产效率较低。另外，切割过程中由于不可避免的切割损耗，造成块状SiC单晶利用效率降低，增加了生产成本。因此，如何设计一种成本低、效率高的制备碳化硅宝石的方法成为急需解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种碳化硅宝石的生长方法，通过使用蜂窝状石墨衬底，该石墨衬底一面固定在坩埚上盖上，另一面与SiC粉料相对放置，可以同时生长多个SiC单晶颗粒；当石墨坩埚放入感应加热炉中进行SiC单晶生长，生长温度1800℃-2400℃，生长压力1×10^-4Pa-1×10⁴Pa，得到的SiC颗粒直接用做SiC宝石原料。由此，可以直接得到SiC单晶颗粒，避免了切割操作，提高了生产率，降低了生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种碳化硅宝石的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）使用的石墨衬底为蜂窝状，所述石墨衬底一边为平面结构，另一边为蜂窝状开孔结构，将所述石墨衬底的平面结构一面固定在坩埚上盖上；

（2）SiC粉料放于石墨坩埚底部，坩埚上盖与SiC粉料相对放置，放入感应加热炉进行SiC单晶生长；