中国粉体网讯 高纯SiC粉料作为生长半绝缘SiC单晶的原料，直接影响后续晶体生长的质量及电学性能。生长高质量的高纯半绝缘晶体，必须控制衬底中的氮含量，从根本上来讲，必须控制碳化硅粉料中的氮含量。
传统碳化硅粉料合成主要采用固相反应法（Acheson法），但该方法能耗高（温度＞2 500℃）、污染大，且产物纯度有限（典型杂质含量＞100×10-6）。相比之下，自蔓延高温合成法（SHS）具有反应温度可控（温度为1 600~2 000℃）、能耗低、产物纯度高的优势，已成为学术界和产业界的研究热点。
在SHS工艺优化方面，现有研究主要集中在原料配比（C/Si摩尔比控制在1.02~1.05）、反应温度（最佳区间为1 850±50℃）和保温时间（通常2~4 h）等参数。然而，对于反应环境控制，特别是气体流动模式的影响研究仍显不足。
中国电子科技集团公司第二研究所的研究人员近期聚焦气流动力学对粉料纯度的调控作用，通过设计三维气体流动试验体系，系统考察了不同进出气位置对反应腔体内氢气分布、氮气置换效率的影响规律。其主要创新点包括：
1）建立了气流方向—气体置换效率—粉料纯度的定量关系模型；
2）发现了上进下出模式下“气帘效应”，可形成均匀的氢气保护层；
3）开发出氮含量＜1×10-6的粉料稳定制备工艺。
研究人员分别使用上进上出、下进上出、上进下出3种气流方式进行高纯碳化硅粉料合成试验。通过对比发现，进气方式为上进下出方式时，除氮效果最佳，能够合成高纯度碳化硅粉料。利用上进下出方式合成的粉料进行半绝缘碳化硅晶体生长，获得的碳化硅晶体纯度较高。
因此，气流方向显著影响SHS法合成碳化硅粉料的纯度，采用上进下出的进出气方式有助于合成高纯度半绝缘碳化硅单晶生长所需的粉料。该研究建立的“气流设计-纯度控制”关联模型，为工业化生产提供了可量化的工艺参数，为碳化硅粉料合成工艺的优化提供了理论依据和实践指导。
资料来源：
王毅等：气流方式对高纯度碳化硅粉料合成的影响，中国电子科技集团公司第二研究所
（中国粉体网编辑整理/平安）
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