专利名称：：一种具有保护涂层的石墨基座及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及高纯石墨基座
技术领域：
，更进一步讲涉及一种具有SiC(碳化硅)保护涂层的石墨基座及其制备方法。
背景技术：
：GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，对于单晶GaN材料的制备、硅外延单晶的生长一般都采用气相外延生长(即化学气相沉积，CVD)的方法。在制备GaN单晶，硅外延单晶材料的过程中，必须保证反应环境的高度洁净。目前，在外延生长单晶材料的过程中，使用的反应基座/坩埚都是石墨材料，由于石墨材料在高温、腐蚀性气体环境下会发生腐蚀掉粉现象，从而将粉体杂质引入到单晶材料中。解决石墨基座/石墨盘腐蚀问题的最佳措施是对石墨基座/石墨盘施加整体致密涂层。高纯度碳化硅(SiC)材料具有密度低、热学性能稳定、高温抗氧化、耐冲刷、抗腐蚀等优异性能，是石墨基座表面涂层的理想材料体系。解决石墨基座制备方法存在一些难以克服的难题1、致密度，采用传统的工艺制备的SiC材料很难完全致密。2、表面平整度，由于单晶生长用的石墨基座要求表面平整度非常高，涂层制备完毕后必需保持基座原有的平整度，即涂层面必须均匀一致，传统的制备工艺难以做到。3、全包裹，石墨基座整体都要处于腐蚀性、1000180(TC工作环境中，整个表面必须采用涂层全包裹，传统制备工艺都存在有支撑点缺陷问题。4、结合强度由于石墨基材和SiC的膨胀系数存在差异，传统工艺制备的SiC涂层往往会开裂，导致涂层失效。5、热传导由于SiC具有较高的热传导率(120W/mK)，故热传导快速均匀。
发明内容本发明的目的之一是提供一种具有完全致密、均匀、全包裹和石墨基座结合强度高的具有保护涂层的石墨基座；目的之二是提供该具有保护涂层的石墨基座的制备方法。本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现石墨基座基体表面外渗透有初级SiC涂层，在初级SiC涂层外沉积有一层二级SiC涂层。本发明的目的之二可通过如下技术措施来实现本发明结合原位化学气相反应渗透+化学气相沉积两步法在多孔石墨基座表面制备碳化硅涂层，具体制备方法按如下步骤进行a.将石墨基座基体置入反应室中，当反应室温度为1300160(TC、真空为2005000Pa条件下，按照SiCl4:H2=l:550体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为0.52小时，原位气相反应在石墨基座基体上渗透一层初级SiC涂层；然后b.^、CH3SiCl3:H2=l:5100体积比向反应室内通入(^35化13气和112气，控制反应室内温度和压力不变，氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为150小时，裂解后在初级SiC涂层表面外沉积一层二级SiC涂层。本发明在高温反应室内通入SiCl4气和H2气，SiCl4吸附到石墨基座表面的同时高温裂解释放出硅，硅和表层石墨碳直接结合，从而将石墨基座包裹起来，原位形成初级SiC涂层，原位反应形成的初级SiC涂层牢牢的结在石墨基座上；停止通入SiCl4气体后，改通入CH3SiCl3气和H2气，CH3SiCl3裂解后在初级SiC涂层上沉积一层二级SiC涂层。本发明与
背景技术：
相比采用本发明的工艺制备的SiC涂层，与石墨基座形成化学结合，由于在石墨表面预先原位化学反应制备了一层初级SiC涂层，缓解了直接采用CVD工艺在石墨基座表面制备SiC涂层时的热失配，提高了结合强度，涂层和石墨基座形成Si-C化学键结合，结合强度高，无应力。采用本发明制备的碳化硅涂层，全部由高纯度P-SiC组成，材料密度在3.20g/ci^左右。该SiC涂层石墨基座表面致密、平整、无孔隙、耐高温、抗溶蚀、抗氧化。本发明对制备的SiC涂层的组成、结构和性能进行了测定。如下表表1原位化学气相反应+化学气相沉积SiC涂层的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>图l是本发明实施例的结构示意图，图中标号为1、石墨基座基体2、初级SiC涂层3、二级SiC涂层；图2是本发明具有保护涂层的石墨基座的断口形貌SEM照片；由图2的照片可以看出，涂层和石墨结合非常牢固，无裂纹，初级涂层部分渗透到石墨基体中，形成"钉扎"效应。二级SiC涂层与初级SiC涂层结合良好，中间无界面。图3是本发明沉积的SiC涂层的表面形貌SEM照片；图4是本发明沉积的SiC涂层的XRD图谱；图5本发明制备的直径67mm的SiC整体涂层石墨基座。由图2的照片可以看出涂层和石墨结合非常牢固，无裂纹，初级涂层部分渗透到石墨基体中，形成"钉扎"效应；二级SiC涂层与初级SiC涂层结合良好，中间无界面。由图3的SEM照片可以看出涂层致密，平整。由图4的XRD图谱可以看出涂层全部由多晶P-SiC组成，无其他杂质。由图5可以看出整体涂层光滑、致密、平整、无裂纹，呈现了对石墨基座的全包裹保护。具体实施例方式实施例1:a.将石墨基座基体1置入真空为200Pa的反应室中，当反应室温度升至1600°C，按照SiCl4:H2=l:5体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出，控制载气H2气流量为1000ml/min，通气时间为0.5小时，原位气相反应在石墨基座基体1上渗透一层初级SiC涂层2;然后b.改为通入CH3SiCl3气和H2气，在反应室内温度和压力不变的情况下，按照CH3SiCl3:H2=l:100体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出利用H2气鼓泡将CH3SiCl3气带出，控制载气H2气流量为200ml/min，通气时间为1小时，裂解后在初级SiC涂层2表面外沉积一层二级SiC涂层3，取出即为产品。实施例2:a.将石墨基座基体1置入真空为5000Pa的反应室中，当反应室温度升至1300°C，按照SiCl4:H2=l:50体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出，控制载气H2气流量为200ml/min，通气时间为2小时，原位气相反应在石墨基座基体1上渗透一层初级SiC涂层2;然后b.改为通入CH3SiCl3气和H2气，在反应室内温度和压力不变的情况下，按照CH3SiCl3:H2=l:5体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，利用H2气作为载气将CH3SiCl3气带出，控制载气H2气流量为1000ml/min，通气时间为50小时，裂解后在初级SiC涂层2表面外沉积一层二级SiC涂层3，取出即为产品。实施例3:a.将石墨基座基体1置入真空为3000Pa的反应室中，当反应室温度升至1400°C，按照SiCl4:H2=l:30体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出，控制载气H2气流量为600ml/min，通气时间为1小时，原位气相反应在石墨基座基体1上渗透一层初级SiC涂层2;然后b.改为通入CH3SiCl3气和H2气，在反应室内温度和压力不变的情况下，按照CH3SiCl3:H2=1:20体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，利用H2气作为载气将CH3SiCl3气带出，控制载气H2气流量为600ml/min，通气时间为30小时，裂解后在初级SiC涂层2表面外沉积一层二级SiC涂层3，取出即为产品。实施例4:a.将石墨基座基体1置入真空为2000Pa的反应室中，当反应室温度升至1500°C，按照SiCl4:H2=l:20体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，利用H2气作为载气将SiCl4气带出，控制载气H2气流量为600ml/min，通气时间为1.5小时，原位气相反应在石墨基座基体1上渗透一层初级SiC涂层2;然后b.改为通入CH3SiCl3气和H2气，在反应室内温度和压力不变的情况下，按照CH3SiCl3:H2=1:30体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，利用H2气作为载气将CH3SiCl3气带出，控制载气H2气流量为600ml/min，通气时间为15小时，裂解后在初级SiC涂层2表面外沉积一层二级SiC涂层3，取出即为产为产品。权利要求一种具有保护涂层的石墨基座，其特征在于石墨基座基体(1)表面外渗透有初级SiC涂层(2)，在初级SiC涂层(2)外沉积有一层二级SiC涂层(3)。2.—种具有保护涂层的石墨基座的制备方法，其特征在于该制备方法按如下步骤进行a.将石墨基座基体(1)置入反应室中，当反应室温度为1300160(TC、真空为2005000Pa条件下，按照SiCl4:H2=l:550体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，控制氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为0.52小时，原位气相反应在石墨基座基体(1)上渗透一层初级SiC涂层(2);然后b.按照(^^化13:H2=1:5100体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，控制氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为150小时，裂解后在初级SiC涂层(2)表面外沉积一层二级SiC涂层(3)。全文摘要本发明提供一种具有保护涂层的石墨基座及其制备方法，结合原位化学气相反应渗透+化学气相沉积两步法在多孔石墨基座表面制备碳化硅涂层。该制备方法按如下步骤进行a.将石墨基座基体置入反应室中，当反应室温度为1300～1600℃、真空为200～5000Pa条件下，按照SiCl4∶H2＝1∶5～50体积比向反应室内通入SiCl4气和H2气，氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为0.5～2小时，原位气相反应在石墨基座基体上渗透一层初级SiC涂层；然后b.按照CH3SiCl3∶H2＝1∶5～100体积比向反应室内通入CH3SiCl3气和H2气，控制氢气流量为200-1000ml/min，通气时间为1～50小时，裂解后在初级SiC涂层表面外沉积一层二级SiC涂层。文档编号C23C16/32GK101775590SQ201010011510公开日2010年7月14日申请日期2010年1月8日优先权日2010年1月8日发明者刘汝强,刘锡潜申请人:刘锡潜;刘汝强