[发明专利]一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法

说明书

本发明涉及一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法，其中，制备方法包括：在水溶液中对二氧化硅粉末进行球磨，制得二氧化硅水溶液；将所述二氧化硅水溶液与液态丙烯腈低聚物混合，经喷雾干燥，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料；将所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与石墨进行固相混合，经球磨后，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料；依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末；将所述碳化硅粉末通过3D打印制得大尺寸碳化硅晶圆。本发明采用3D打印技术制备大尺寸碳化硅晶圆，制备工艺简单，且可根据实际需求制备得到不同尺寸的碳化硅晶圆。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料领域，尤其涉及一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)因其宽禁带特性，相较于传统的硅基器件，具有更高的击穿电场强度和导热系数，是制造高温、高频、抗辐照、大功率半导体器件的理想衬底、外延和介质材料。同时，由于SiC相较于传统的硅基器件能承受更大的电流和电压、更高的开关速度、更小的能量损失、更耐高温，因此用SiC做成的功率模组可以相应的减少电容、电感、线圈散热组件的部件，使得整个功率器件模组更加轻巧、节能、输出功率更强，同时还增强了可靠性，优势十分明显。

目前，半导体级的高纯度SiC单晶的制备方法主要分为以下三种：物理气相运输法(PVT)、溶液转移法(LPE)及高温化学气相沉积法(HT-CVD)，其中，溶液转移法仅用于实验室制备SiC晶圆，商业上主要采用PVT法和HT-CVD法，由于PVT的设备价格低于HT-CVD的设备，且工艺过程更简单，业界更加偏重采用PVT法，但PVT法对SiC粉体质量要求极高，SiC粉体的质量会对晶体的缺陷、位错密度等指标造成影响，且采用PVT法制备的SiC单晶的生长速率均极其缓慢，约0.1-0.2mm/h。

因此，现有的制备SiC晶圆的技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种大尺寸碳化硅晶圆及其制备方法，旨在解决现有的碳化硅晶圆的制备工艺复杂、产量低的技术问题。

本发明的技术方案如下：

提供了一种大尺寸碳化硅晶圆的制备方法，其中，包括步骤：

提供二氧化硅粉末，在水溶液中对二氧化硅粉末进行球磨，制得二氧化硅水溶液；

将所述二氧化硅水溶液与液态丙烯腈低聚物混合，经喷雾干燥，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料；

将所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物复合材料与石墨进行固相混合，经球磨后，制得二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料；

依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末；

将所述碳化硅粉末通过3D打印制得大尺寸碳化硅晶圆。

在上述实现方式中，利用价格低廉的二氧化硅、石墨以及液态丙烯腈低聚物作为原料制备碳化硅粉末，工艺简单，且所制备的碳化硅粉末的纯度高，同时，采用3D打印技术制备大尺寸的碳化硅晶圆，制备工艺简单，过程可控，碳化硅晶圆的产量高，另外，可根据实际需求制备得到不同尺寸的碳化硅晶圆。

可选地，所述依次在惰性气体的气氛以及空气气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，制得碳化硅粉末的步骤包括：

在惰性气体的气氛下，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理，得到碳化硅/碳复合材料；

在空气气氛下，对所述碳化硅/碳复合材料进行氧化焙烧，得到碳化硅粉末。

可选地，对所述二氧化硅/液态丙烯腈低聚物/石墨复合材料进行热处理的温度为1500-1800℃，时间为4-30h。