中国粉体网讯 碳化硅单晶作为第三代宽禁带半导体材料，在高温、高频、高功率器材中具有重要应用。物理气相传输（PVT）法是生长高质量SiC单晶的主流技术，但其密闭高温环境对石墨坩埚的耐腐蚀性及热场均匀性提出严苛要求。碳化钽（TaC）涂层因其高熔点、优异导热性及耐腐蚀独特性，成为提升坩埚寿命与晶体质量的关键材料。
石墨坩埚在高温（＞2200℃）环境中易氧化、腐蚀，导致使用寿命短。腐蚀产物（如CO2、SiO2等）会污染晶体形成碳或硅的包裹物，诱发微管和位错缺陷的产生，严重降低晶体质量。为了解决这个难题，研究者们发现TaC这种材料，它具有熔点高（~3880°C）、导热性强（22W/m·K）、耐腐蚀等优点，被视为重要的潜在涂层材料。2010年之前，由于TaC制备工艺问题，以及TaC与石墨基体的热膨胀系数差异导致涂层开裂问题的存在，TaC涂层并没有在SiC晶体生长中广泛应用。随着对涂层制备工艺的深入研究，特别是在2010年后，研究者们尝试利用化学气相沉积和熔盐反应法在石墨表面沉积TaC涂层，TaC涂层质量得到很大提升。2020年后，TaC涂层开始产业化应用。得益于TaC涂层在PVT环境中可显著抑制石墨的氧化，延长坩埚寿命使其达到石墨坩埚的3倍以上。实验显示，TaC涂层石墨坩埚在2200°C下连续使用500小时后，表面仅出现微米级腐蚀坑，而未涂层TaC的石墨已严重碳化。
TaC涂层的制备方法主要有原位反应法、料浆烧结法、等离子喷涂和化学气相沉积法等。其中，原位反应法是以金属Ta粉和碳材料为原料，采用固相反应，使金属Ta和碳直接化合在碳材料表面，制得TaC涂层的方法；料浆烧结法是将涂层粉料与溶剂和添加剂等混合均匀，制成稳定的悬浮料浆，均匀涂覆在基体表面，干燥后经高温烧结制备出TaC涂层的方法。该方法制备的TaC涂层致密、无裂纹，TaC晶粒尺寸在10~50μm之间，涂层厚度约为100μm，晶粒尺寸晶粒生长无择优取向，避免了贯穿性裂纹的产生；等离子喷涂法是将涂层材料高温熔融后，采用高速射流使其雾化成微小的液滴或者形成高温颗粒，并将其喷射到已经处理过的基体表面，在基体表面形成涂层；化学气相沉积技术的核心机理在于：前驱体物质在高温反应腔内通过热分解、气相扩散、界面反应及表面沉积等多步骤物理化学过程，最终在基底材料表面形成致密的功能涂层。
2025年，在第三代半导体材料领域，湖南顶立科技有限公司联合湖南三安半导体、南昌大学开发的高均匀高致密TaC涂层石墨件制备技术及应用项目取得重大突破。针对石墨产品传统TaC涂层工艺中存在的石墨基体纯度提升难、高结合高致密涂层沉积难、高均匀涂层批次稳定控制难等技术难题，通过突破6N以上高纯石墨基体提纯工艺、高均匀高致密TaC涂层制备技术，形成了涵盖“工艺-技术-装备”的TaC涂层石墨件制备成套技术，实现了高性能TaC涂层石墨件的批量稳定制备，为保障国家第三代半导体产业链安全、构建双循环新发展格局提供了关键支撑。
2026年5月28日，中国粉体网将在安徽合肥举办“第三代半导体SiC晶体生长及晶圆加工技术研讨会”。届时，湖南顶立科技股份有限公司研发工程师朱丹将带来题为《面向低缺陷、大尺寸SiC单晶生长用TaC涂层件技术难点及解决途径浅析》的报告，分享TaC涂层在SiC单晶生长领域的关键技术突破与产业化应用成果。
参考来源：
董源昊.碳化钽涂层对碳化硅晶体生长影响的数值仿真
长沙经开区
（中国粉体网编辑整理/初末）
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