24]6)制备过程中无环境污染，工艺环保，制备过程中除了电力消耗，不产生废气、废液、废渣等。
【具体实施方式】
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[0025]对比例1
[0026]物理气相传输(PVT)法制备钒掺杂半绝缘碳化硅
[0027]将1000g碳化娃原料中加入400?500mg的碳化银粉末，用球磨机混合均勾。将混匀后的原料装入高纯石墨坩祸中，盖上粘接了 SiC籽晶的坩祸盖，放入晶体生长炉中。生长炉中充入氩气(Ar)，压力控制在小于2kPa。籽晶温度保持在2050?2200°C之间，原料温度保持在2250?2400°C之间，原料与籽晶之间的温度梯度保持在130?200°C之间。对生长后的碳化硅样品，在50kPa的高纯氩气保护气氛中继续进行1200°C的热退火处理。
[0028]分别选取生长前期、中期和后期的掺杂样品，用非接触式电阻测试仪测量电阻率，得到的结果都大于1Χ105Ω -cmo利用二次离子质谱或辉光放电质谱监测杂质的成分与含量发现，其中除了钒掺杂元素外，还有相当掺杂浓度的氮、硼、铝等掺杂元素。
[0029]对比例2
[0030]对已掺硼的p型SiC外延片进行钒离子注入制备钒掺杂半绝缘碳化硅。
[0031]对已掺硼的p型4H_SiC外延片进行一次高能量钒离子注入。掺硼的p型外延层掺杂浓度为1.0X 1016cm 3，衬底电阻率为3.0 Ω.cm。钒离子注入处理的制备条件为:在进行必要的划片、清洗、涂胶光刻，RIE刻蚀，以及去胶等一系列前期处理之后，以高于500°C的热靶进行离子注入，注入能量为2100keV，注入剂量为1.4X1013cm2o再在lOlkPa的氩气(Ar)气氛保护下，于1450°C退火30min。在室温下，使用Agilent 4156半导体测试仪对P型4H-SiC钒离子注入掺杂样品进行电阻率测试，结果显示，当退火温度为1450°C时，p型4H-SiC中钒注入层电阻率为2.9X 109Ω.cm，体现出了半绝缘半导体的特性。
[0032]对比例3
[0033]对已掺氮的η型SiC外延片进行钒离子注入制备钒掺杂半绝缘碳化硅。
[0034]对已掺氮的η型4H_SiC外延片进行一次高能量钒离子注入。掺氮的η型外延层掺杂浓度为5.2X1015cm3，衬底电阻率为0.015Ω.cm。钒离子注入处理的制备条件为:在进行必要的划片、清洗、涂胶光刻，RIE刻蚀，以及去胶等一系列前期处理之后，以高于500°C的热靶进行离子注入，注入能量为2100keV，注入剂量为1.4X1013cm2o再在lOlkPa的氩气(Ar)气氛保护下，于1650°C退火30min。得到的掺杂碳化娃中，银浓度最大值为4.04X1017cm3o在室温下，使用Agilent 4156半导体测试仪，对η型4H_SiC钒离子注入掺杂样品进行电阻率测试，结果表明，在1650°C退火后，得到的钒掺杂半绝缘SiC的电阻率为7.6Χ106Ω.cmo
[0035]实施例1
[0036]称取24g人造石墨粉，按硅元素与碳元素摩尔比为1:1确定硅源中硅元素的摩尔量，称取60g无定形态Si02粉末、28g Si粉；按钒元素与碳元素摩尔比为0.05:1确定钒掺杂剂中钒元素的摩尔量，称取单质钒金属粉末5.lg。将上述物料在高纯刚玉坩祸中充分混匀后，置于微波谐振腔中心。利用水环栗抽真空至lOkPa，在3.5kff的微波功率下辐照lh。
[0037]利用二次离子质谱分析掺杂钒的浓度，发现钒的浓度最大值为2.61 X 1016cm 3。使用Agilent半导体测试仪对钒掺杂碳化硅产物进行电阻率测试，结果为6.32Χ106Ω.cm。借助单晶X-射线衍射方法分析产物的微观结构发现，所得钒掺杂碳化硅的结构为晶格替代型。
[0038]实施例2
[0039]称取18g短切碳纤维，按硅元素与碳元素摩尔比为0.75:1确定硅源中硅元素的摩尔量，称取30g无定形态Si02粉末、17.5Si粉；按钒元素与碳元素摩尔比为0.2:1确定钒掺杂剂中钒元素的摩尔量，称取黑色的碳化钒粉末18.9g。将上述物料在高纯刚玉坩祸中充分混匀后，置于微波谐振腔中心。利用机械栗抽真空至30kPa，在5.5kff的微波功率下辐照3h。
[0040]利用二次离子质谱分析掺杂钒的浓度，发现钒的浓度最大值为7.29X1016cm3o使用Agilent半导体测试仪对钒掺杂碳化硅产物进行电阻率测试，结果为8.36Χ108Ω.cm。借助单晶X-射线衍射方法分析产物的微观结构发现，所得钒掺杂碳化硅的结构主要为间隙共溶型，并含有部分的晶格替代结构。
[0041]实施例3
[0042]称取30g沥青基活性碳粉末，按硅元素与碳元素摩尔比为1.25:1确定硅源中硅元素的摩尔量，称取75g无定形态Si02粉末、52.5g Si粉；按钒元素与碳元素摩尔比为0.05:1确定钒掺杂剂中钒元素的摩尔量，称取单质金属钒粉末6.4g。将上述物料在高纯刚玉坩祸中充分混匀后，置于微波谐振腔中心。利用机械栗抽真空至20kPa，在7.5kff的微波功率下福照2h。
[0043]利用二次离子质谱分析掺杂钒的浓度，发现钒的浓度最大值为4.87X1017cm 3。使用Agilent半导体测试仪对钒掺杂碳化硅产物进行电阻率测试，结果为3.3X ΙΟ9 Ω.cm借助单晶X-射线衍射方法分析产物的微观结构发现，所得钒掺杂碳化硅的结构主要为间隙共溶型，并含有部分的晶格替代结构。
[0044]实施例4
[0045]称取18g人造石墨粉，按硅元素与碳元素摩尔比为1:1确定硅源中硅元素的摩尔量，称取45g无定形态Si02粉末、21g Si粉；按钒元素与碳元素摩尔比为0.1:1确定钒掺杂剂中钒元素的摩尔量，称取碳化钒粉末9.45go将上述物料在高纯刚玉坩祸中充分混匀后，置于微波谐振腔中心。利用水环栗抽真空至lOkPa，在5.0kff的微波功率下辐照2h。
[0046]利用二次离子质谱分析掺杂钒的浓度，发现钒的浓度最大值为7.69X1016cm 3。使用Agilent半导体测试仪对钒掺杂碳化硅产物进行电阻率测试，结果为1.33Χ107Ω.cm。借助单晶X-射线衍射方法分析产物的微观结构发现，所得钒掺杂碳化硅的结构为晶格替代型。
[0047]实施例5
[0048]称取19.2g人造石墨粉，按硅元素与碳元素摩尔比为0.8:1确定硅源中硅元素的摩尔量，称取38.4g无定形态Si02粉末、17.92gSi粉；按钒元素与碳元素摩尔比为0.15:1确定钒掺杂剂中钒元素的摩尔量，称取单质钒金属粉末12.24go将上述物料在高纯刚玉坩祸中充分混匀后，置于微波谐振腔中心。利用水环栗抽真空至lOkPa，在4.5kff的微波功率下辐照lh。
[0049]利用二次离子质谱分析掺杂钒的浓度，发现钒的浓度最大值为2.69X1017cm 3。使用Agilent半导体测试仪对钒掺杂碳化硅产物进行电阻率测试，结果为7.33Χ108Ω.cm。借助单晶X-射线衍射方法分析产物的微观结构发现，所得钒掺杂碳化硅的结构为晶格替代型。
[0050]实施例6
[0051]称取24g短切聚丙烯基碳纤维(3K小丝束)，按硅元素与碳元素摩尔比为1.1:1确定硅源中硅元素的摩尔量，称取66g无定形态Si02粉末、30.8g Si粉；按钒元素与碳元素摩尔比为0.08:1确定钒掺杂剂中钒元素的摩尔量，称取碳化钒粉末10.lg。将上述物料在高纯刚玉坩祸中充分混匀后，置于微波谐振腔中心。利用水环栗抽真空至20kPa，在3.5kff的微波功率下辐照2.5h。
[0052]利用二次离子质谱分析掺杂钒的浓度，发现钒的浓度最大值为5.31 X 1017cm 3。使用Agilent半导体测试仪对钒掺杂碳化硅产物进行电阻率测试，结果为6.37Χ108Ω.cm。借助单晶X-射线衍射方法分析产物的微观结构发现，所得钒掺杂碳化硅的结构为晶格替代型。
[0053]上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干调整和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种利用微波辐照制备钒掺杂半绝缘碳化硅的方法，其特征在于:以单质钒金属粉末或固态含钒化合物为掺杂剂，以人造石墨粉、活性碳、碳纤维或天然鳞片石墨粉为碳源，以硅粉与氧化硅粉的混合粉末为硅源，真空环境条件下，在微波辐照的电磁场中，控制微波辐照的功率在3?8kW，保温1?3h，得到钒掺杂半绝缘碳化硅； 所述的硅元素与碳元素的摩尔比为0.75?1.25:1，所述的钒元素与碳元素的摩尔比为 0.05 ?0.2:1。2.根据权利要求1所述的一种利用微波辐照制备钒掺杂半绝缘碳化硅的方法，其特征在于:所述的真空环境条件，其真空度为10?30kPa。3.根据权利要求1所述的一种利用微波辐照制备钒掺杂半绝缘碳化硅的方法，其特征在于:所述的微波辐照，其频率位于433MHz、915MHz或2.45GHz频段。4.根据权利要求1所述的一种利用微波辐照制备钒掺杂半绝缘碳化硅的方法，其特征在于:所述的微波辐照，其功率控制在3.5?7.5kW。5.根据权利要求1所述的一种利用微波辐照制备钒掺杂半绝缘碳化硅的方法，其特征在于:所述的在微波辐照的电磁场中保温的温度为1000?1400°C。
【专利摘要】本发明公开了一种利用微波辐照制备钒掺杂半绝缘碳化硅的方法，其特征在于：以单质钒金属粉末或固态含钒化合物为掺杂剂，以人造石墨粉、活性碳、碳纤维或天然鳞片石墨粉为碳源，以硅粉与氧化硅粉的混合粉末为硅源，真空环境条件下，在微波辐照的电磁场中保温，得到钒掺杂半绝缘碳化硅。该方法，与获得稳定晶体结构之后再进行掺杂的方式相比，不要严苛的注入条件，也保证了钒在的成功掺杂。而自组装的原位反应过程，以及能量最小化的晶格调整过程，也实现了结构理想的钒掺杂半绝缘碳化硅的顺利获取，成功回避了必须通过高温退火工艺进行后处理的影响。
【IPC分类】C30B30/06, C30B1/00, C30B29/36, C01B31/36
【公开号】CN105274624
【申请号】CN201510649307
【发明人】王继刚, 张 浩, 周清
【申请人】张家港市东大工业技术研究院, 东南大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月9日