中国粉体网讯 碳化硅作为一种高性能半导体材料，因其高热导率、高电子迁移率和宽禁带等特性，在高温、高频、大功率电子器件领域具有广泛的应用前景。在半导体产业中，石墨制品广泛应用于晶体生长炉、炭化炉、石墨化炉等高温热处理设备中。第三代半导体碳化硅所使用的高纯石墨制品包括晶体生长用石墨坩埚、石墨加热器、石墨粉等，其纯度对碳化硅晶体质量起着决定性的作用。
当前，SiC晶体生长技术主要包括物理气相传输（PVT）法、液相外延（LPE）技术及高温化学气相沉积（HTCVD）法，其中，PVT法因晶体生长质量高、工艺可控性强，成为行业规模化应用的首选方案。PVT法制备碳化硅单晶主要由石英管腔体、发热体（感应线圈或石墨加热器）、石墨碳毡隔热材料、石墨坩埚、碳化硅籽晶、碳化硅粉体和高温测量温度计组成，其中碳化硅粉料位于石墨坩埚底部，籽晶固定在坩埚顶部。晶体生长工艺过程为：通过加热（感应或电阻式）使坩埚底部温度达到2100～2400℃，位于坩埚底部的碳化硅粉料在高温下进行分解并产生Si、Si2C和SiC2等气相物质，在腔体内部温度梯度和浓度梯度的作用下，气相物质被输送到温度较低的籽晶表面并逐步实现凝结成核，最终实现碳化硅晶体的生长。
高纯SiC粉
近年来，制备高纯度SiC粉已经成为半导体领域的研究热点。国际著名的SiC单晶生产商美国Cree、日本Rohm，均掌握高纯SiC粉合成工艺；国内生产商有天科合达等。SiC粉合成方法主要分为3类，分别是气相法、液相法和固相法。气相法以CVD为代表，CVD可以获得高纯SiC粉，但合成粉较细，不易收集，无法大量生产；液相法有溶胶-凝胶法，其制备高纯SiC粉可用于生长SiC单晶，但成本较高，过程较复杂，也不适合大批生产；固相法中最具代表性的是自蔓延高温合成法，此方法过程简单，合成效率高，因此工业上被广泛应用于合成SiC粉。
高纯碳粉
SiC粉的纯度会直接影响PVT法生长SiC单晶质量和性能，而制备SiC粉的原料为高纯Si粉和高纯C粉，C粉的纯度将直接影响SiC粉的纯度。碳粉生产中使用的原料通常包括鳞片石墨、石油焦和微晶石墨。石墨纯度越高，使用价值越高。石墨提纯方法可分为物理方法和化学方法。物理提纯方法包括浮选和高温提纯，而化学提纯方法包括酸碱法、氢氟酸法和氯化物焙烧法。其中，高温提纯方法利用石墨的高熔点（3773K）和沸点，可以达到4N5及更高的纯度，这种方法涉及蒸发和排放低沸点的杂质，从而达到净化的目的。高纯碳粉关键技术是微量杂质去除技术，结合化学提纯与高温提纯的特点，采用独特的分段式复合高温热化学提纯工艺，实现高纯碳粉材料的提纯，产品纯度可到6N以上。
高纯度碳粉作为合成碳化硅的关键前驱体，其质量直接决定晶锭的缺陷密度和最终芯片性能。当前国内高纯碳粉制备面临严峻挑战：主要依赖从天然石墨中通过复杂的酸碱提纯工艺提取，流程冗长、能耗巨大，且产生大量难以处理的酸性废水，环境污染严重。高端6N级别碳粉几乎完全被日本Tokai、SEC Carbon等国外企业垄断，价格高昂且供应受限，严重制约我国碳化硅半导体产业链的自主可控发展。
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，福州大学研究员、特聘教授、博士生导师洪若瑜将带来题为《碳化硅晶锭用高纯石墨清洁生产》的报告，聚焦高纯碳粉一步法清洁合成技术，为行业提供绿色高效的解决方案。
参考来源：
王军.PVT法生长碳化硅晶体中的石墨坩埚腐蚀机制研究
王宏杰等.高品质碳化硅单晶制备技术
龙振等.第三代半导体生产应用“四高两涂”碳基材料的技术现状
（中国粉体网编辑整理/初末）
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