坩埚石墨化度对SiC单晶生长过程的影响.pdf

第34卷 第12期 稀有金属材料与工程 、b1．34．No．12 December2005 2005年 12月 RARBMETALMATERIALSANDENGINEERⅡqG 坩埚石墨化度对SiC单晶生长过程的影响 刘军林，高积强，程基宽，杨建峰，乔冠军 (西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，陕西西安710049) 摘要：研究r用改进Lely法制各sic单晶的过程中坩埚石墨化度对物质传输和晶体生长速度的影响。在不同温度下 进行石墨化处理得到，实验所用的坩埚。用xRD方法定量测定了晶体生长前坩埚的石墨化度，并用sEM分析了晶体 生长后坩埚内壁的反应情况。实验结果表明，石墨坩埚在SiC晶体生长过程中是一个非常重要的碳源提供者；当坩埚 的石墨化程度较低时，晶体的生长速度快，生长速度由生长温度所控制：随着坩埚石墨化程度的提高，晶体生长速度 减慢并由坩埚石墨化度所控制；当石墨化度进一步提高的时候，籽晶被碳化，晶体不能正常生长。 关键词：物质传输；石墨化度；单晶生长：SiC 文献标识码：A 中图法分类号：0613．71；0613．72 文章编号：1002一185x(2005)12一1944—04 生长的作用没有进行深入探讨。 1 前言 本实验着重研究坩埚的石墨化度对物质传输和晶 改进Lely法是目前制各sic单晶使J}{}j最广泛的方体生长速度的影响。 法【l“。在这种方法中，所使用的石墨坩埚不仅是热源 2实验 (对感应炉而言)和容器，而且在物质传输过程中也 起着非常重要的作用。晶体生长一般在半封闭且高温 的条件下进行，且石墨坩埚不透明，这给物质传输的 直接观察带来的很大的麻烦。因此，研究者通常使用 间接的实验或者计算机模拟的方法来研究晶体生长过 程中的物质传输。 平均粒度为120mn的sic粉末。籽晶和粉料间的距离 在一个以Ar气为保护气体的系统中，除Ar气外， 为20mm。实验所用的坩埚分别为：未经处理的坩埚 还有si，sic，si2c以及sic2等气相【7一Ⅲ。气氛中反应(坩埚A)，在2100℃石墨化2h的坩埚(坩埚B)，在 很复杂，包括气相与坩埚壁之间的反应，气相与晶体 表面之间的反应，气相与源料粉末之间的反应以及气 Rigakux射线衍射仪测得，用高纯si作为内标。晶体 相内部的反应。这些反应正是研究者关注的重点。 生长后的坩埚壁用SEM进行了分析。 计算机模拟是一个很好的方法，对研究sic晶体 3结果与讨论 生长过程起到了很大的作用峨9…。”。然而，由于数 学模型和边界条件与真实条件的偏离，以及在运算过 图1是晶体生长速度与籽晶温度的关系。由图1 程中的近似，使得计算机模拟不能够完全解决实际 可知，坩埚A对应的生长速度随着温度的升高而升高， 问题。 而坩埚B对应的生艮速度基本保持一卟常数。由于在 数字x射线成像系统使生长过程可见化，因此成 坩埚c中，晶体不能生长，所以图l中没有给出坩埚 为研究sic生长过程的又一得力助手。wellmnn等人c的结果。 运用此项技术研究了sic晶体的生长过程【14l”。 分别代表坩埚A，坩埚B，坩埚c。从A到c，衍射峰 Herro㈣也用此技术并用”c作为示踪原子，研究了 越来越尖锐，强度也越来越高。也就