一種碳化硅寶石的生長方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種碳化硅寶石的生長方法，通過使用蜂窩狀石墨襯底，該石墨襯底一面固定在坩堝上蓋上，另一面與SiC粉料相對放置，可以同時生長多個SiC單晶顆粒；當(dāng)石墨坩堝放入感應(yīng)加熱爐中進(jìn)行SiC單晶生長，生長溫度1800℃?2400℃，生長壓力1×10

Method for growing silicon carbide gem

The present invention provides a method for growing silicon carbide gemstones, by using honeycomb graphite substrate, the graphite substrate side is fixed on the upper cover on the other side of the crucible, and SiC powder are placed in a plurality of SiC single crystal growth and particle; when the graphite crucible in the induction heating furnace for SiC single crystal growth, growth temperature of 1800 DEG C 2400 C, 1 x 10 growth pressure

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種碳化硅寶石的生長方法
本專利技術(shù)涉及一種高頻器件應(yīng)用領(lǐng)域，主要涉及一種碳化硅寶石的生長方法。
技術(shù)介紹
晶體自身的性質(zhì)決定該晶體是否適合作為寶石原料，主要包括折射率、硬度和穩(wěn)定性等。折射率反映了晶體折射光線的能力，高折射率材料制成的寶石在日光線能夠閃光和呈現(xiàn)光澤。硬度體現(xiàn)了寶石的抵抗劃刻的能力，而穩(wěn)定性保證了寶石的長時間的佩戴和使用。SiC具有高的折射率(2.5-2.7)，高的硬度(莫氏硬度8.5-9.25)，且SiC極其穩(wěn)定，在空氣中能夠耐受1000℃以上的高溫，因此SiC晶體非常適合制作寶石。塊狀SiC單晶制備的常用方法是物理氣相傳輸法。將碳化硅粉料放入密閉的石墨組成的坩堝底部，坩堝上蓋固定一個準(zhǔn)圓形籽晶，籽晶的直徑將決定晶體的直徑。粉料在感應(yīng)線圈的作用下將達(dá)到升華溫度點(diǎn)，升華產(chǎn)生的Si、Si2C和SiC2分子在軸向溫度梯度的作用下從原料表面?zhèn)鬏數(shù)阶丫П砻妫谧丫П砻婢徛Y(jié)晶得到塊狀SiC單晶。現(xiàn)有技術(shù)中，塊狀SiC晶體生長熱場主要包含三部分，坩堝和坩堝上蓋（通常為石墨材料），保溫氈和感應(yīng)加熱器。坩堝底部放置碳化硅粉料，準(zhǔn)圓形籽晶粘結(jié)在坩堝上蓋上，與碳化硅粉料相對放置，生長過程中碳化硅粉料升華生成Si、Si2C和SiC2等氣相組分，這些氣相組分部分在籽晶上沉積使晶體不斷生長，最后得到塊狀SiC晶體，晶體的直徑通常為2寸、3寸、4寸和6寸。由此，得到的塊狀SiC晶體通過線切割技術(shù)得到方形粗寶石，再利用拋光和刻面等工藝加工成寶石。但是，現(xiàn)有技術(shù)的該方法存在以下缺點(diǎn)：SiC晶體硬度很高，線切割周期長，降低了生產(chǎn)效率；SiC晶體切割過程需要損耗切割耗材且切割過程中會造成SiC晶體損失，增加了生產(chǎn)成本。生長的塊狀SiC單晶，利用線切割技術(shù)加工成顆粒狀的粗寶石，再利用拋光和刻面等工藝加工成寶石。由于SiC的硬度很高，將塊狀SiC單晶切割顆粒狀的粗寶石是非常耗時的，造成生產(chǎn)效率較低。另外，切割過程中由于不可避免的切割損耗，造成塊狀SiC單晶利用效率降低，增加了生產(chǎn)成本。因此，如何設(shè)計(jì)一種成本低、效率高的制備碳化硅寶石的方法成為急需解決的難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本專利技術(shù)提供了一種碳化硅寶石的生長方法，通過使用蜂窩狀石墨襯底，該石墨襯底一面固定在坩堝上蓋上，另一面與SiC粉料相對放置，可以同時生長多個SiC單晶顆粒；當(dāng)石墨坩堝放入感應(yīng)加熱爐中進(jìn)行SiC單晶生長，生長溫度1800℃-2400℃，生長壓力1×10-4Pa-1×104Pa，得到的SiC顆粒直接用做SiC寶石原料。由此，可以直接得到SiC單晶顆粒，避免了切割操作，提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種碳化硅寶石的生長方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）使用的石墨襯底為蜂窩狀，所述石墨襯底一邊為平面結(jié)構(gòu)，另一邊為蜂窩狀開孔結(jié)構(gòu)，將所述石墨襯底的平面結(jié)構(gòu)一面固定在坩堝上蓋上；（2）SiC粉料放于石墨坩堝底部，坩堝上蓋與SiC粉料相對放置，放入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行SiC單晶生長；（3）在SiC單晶生長過程中，生長溫度保持在1800℃-2400℃，生長壓力1×10-4Pa-1×104Pa，同時，爐內(nèi)通入惰性氣體；（4）SiC粉料升華生成Si、Si2C和SiC2等氣相組分,氣相組分逐步在蜂窩狀石墨襯底開孔處沉積，得到SiC單晶顆粒。進(jìn)一步的，所述步驟（1）中，所述石墨襯底的蜂窩狀開孔形狀包括但不限于圓錐形、半圓形、長方形。進(jìn)一步的，所述步驟（1）中，所述石墨襯底的蜂窩狀開孔結(jié)構(gòu)的開孔深度為1mm-20mm，開孔直徑與開孔深度比例為0.5:1-2:1。進(jìn)一步的，所述步驟（1）中，所述石墨襯底的材質(zhì)為孔隙率≤10%的石墨。進(jìn)一步的，所述步驟（1）中，將所述石墨襯底的平面結(jié)構(gòu)一面通過機(jī)械方式或者粘結(jié)方式固定在坩堝上蓋上。進(jìn)一步的，所述步驟（3）中，所述惰性氣體為氬氣或氦氣。本專利技術(shù)的有益效果如下：本專利技術(shù)提供了一種碳化硅寶石的生長方法，通過使用蜂窩狀石墨襯底，該石墨襯底一面固定在坩堝上蓋上，另一面與SiC粉料相對放置，可以同時生長多個SiC單晶顆粒；當(dāng)石墨坩堝放入感應(yīng)加熱爐中進(jìn)行SiC單晶生長，生長溫度1800℃-2400℃，生長壓力1×10-4Pa-1×104Pa，得到的SiC顆粒直接用做SiC寶石原料。由此，得到SiC單晶顆粒可以直接作為寶石原料，不需要線切割處理，提高生產(chǎn)效率；無需使用線切割耗材且沒有線切割造成的晶體損耗，提高晶體可用比例，降低生產(chǎn)成本。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的工作示意圖。其中，1、保溫氈，2、坩堝上蓋，3、石墨襯底，4、SiC晶體，5、坩堝，6、SiC原料，7、感應(yīng)線圈。具體實(shí)施方式為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本專利技術(shù)的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。下面描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本專利技術(shù)，而不能理解為對本專利技術(shù)的限制。針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本專利技術(shù)提供了一種碳化硅寶石的生長方法，通過使用蜂窩狀石墨襯底，該石墨襯底一面固定在坩堝上蓋上，另一面與SiC粉料相對放置，可以同時生長多個SiC單晶顆粒；當(dāng)石墨坩堝放入感應(yīng)加熱爐中進(jìn)行SiC單晶生長，生長溫度1800℃-2400℃，生長壓力1×10-4Pa-1×104Pa，得到的SiC顆粒直接用做SiC寶石原料。由此，可以直接得到SiC單晶顆粒，避免了切割操作，提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種碳化硅寶石的生長方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）使用的石墨襯底3為蜂窩狀，所述石墨襯底一邊為平面結(jié)構(gòu)，另一邊為蜂窩狀開孔結(jié)構(gòu)，將所述石墨襯底的平面結(jié)構(gòu)一面固定在坩堝上蓋2上。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施例，所述石墨襯底的材質(zhì)和蜂窩狀開孔結(jié)構(gòu)的具體形狀不受具體限制。根據(jù)本專利技術(shù)具體的一些實(shí)施例，所述石墨襯底的材質(zhì)為具有一定的孔隙率；優(yōu)選的，所述石墨襯底的孔隙率≤10%。所述石墨襯底的蜂窩狀開孔形狀包括但不限于圓錐形、半圓形、長方形所述石墨襯底的蜂窩狀開孔結(jié)構(gòu)的開孔深度為1mm-20mm，開孔直徑與開孔深度比例為0.5:1-2:1。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施例，所述石墨襯底與坩堝上蓋之間的固定方式不受具體限制。根據(jù)本專利技術(shù)具體的一些實(shí)施例，所述石墨襯底的平面結(jié)構(gòu)一面通過機(jī)械方式或者粘結(jié)方式固定在坩堝上蓋上。由此，通過使用蜂窩狀石墨襯底，該石墨襯底一面固定在坩堝上蓋上，另一面與SiC粉料相對放置，可以同時生長多個SiC單晶顆粒；得到SiC單晶顆粒可以直接作為寶石原料，不需要線切割處理，提高生產(chǎn)效率；無需使用線切割耗材且沒有線切割造成的晶體損耗，提高晶體可用比例，降低生產(chǎn)成本。（2）SiC粉料6放于石墨坩堝5底部，坩堝上蓋與SiC粉料相對放置，放入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行SiC單晶生長。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施例，先將SiC粉料放置在所述石墨坩堝的底部后，將坩堝放入到感應(yīng)加熱爐中，所述感應(yīng)加熱爐內(nèi)部的感應(yīng)線圈7均勻的圍繞在坩堝外圍對該坩堝進(jìn)行加熱，以便于坩堝受熱均勻。（3）在SiC單晶生長過程中，生長溫度保持在1800℃-2400℃，生長壓力1×10-4Pa-1×104Pa，同時，爐內(nèi)通入惰性氣體。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施例，所述惰性氣體可以為氬氣或氦氣。（4）SiC粉料升華生成Si、Si2C和SiC2等氣相組分,本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳化硅寶石的生長方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）使用的石墨襯底為蜂窩狀，所述石墨襯底一邊為平面結(jié)構(gòu)，另一邊為蜂窩狀開孔結(jié)構(gòu)，將所述石墨襯底的平面結(jié)構(gòu)一面固定在坩堝上蓋上；（2）SiC粉料放于石墨坩堝底部，坩堝上蓋與SiC粉料相對放置，放入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行SiC單晶生長；（3）在SiC單晶生長過程中，生長溫度保持在1800℃?2400℃，生長壓力1×10

【技術(shù)特征摘要】
1.一種碳化硅寶石的生長方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）使用的石墨襯底為蜂窩狀，所述石墨襯底一邊為平面結(jié)構(gòu)，另一邊為蜂窩狀開孔結(jié)構(gòu)，將所述石墨襯底的平面結(jié)構(gòu)一面固定在坩堝上蓋上；（2）SiC粉料放于石墨坩堝底部，坩堝上蓋與SiC粉料相對放置，放入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行SiC單晶生長；（3）在SiC單晶生長過程中，生長溫度保持在1800℃-2400℃，生長壓力1×10-4Pa-1×104Pa，同時，爐內(nèi)通入惰性氣體；（4）SiC粉料升華生成Si、Si2C和SiC2等氣相組分,氣相組分逐步在蜂窩狀石墨襯底開孔處沉積，得到SiC單晶顆粒。2.如權(quán)利要求1所述的一種碳化硅寶石的生長方法，其特征在于，所述步驟（1）中，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：喬松，楊昆，高宇，鄭清超，
申請(專利權(quán))人：河北同光晶體有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：河北,13