H多型体的 掺钒半绝缘碳化硅晶体的生长中的碳化硅源材料。生长的6H和4H多型体晶体具有高电阻 率-大约IX1011至5X10 11欧-厘米。
[0026] 在此也公开了一种形成多晶碳化硅材料的方法，其包括如下步骤：(a)将块状石 墨挡板定位在石墨坩埚内部的第一位置，其中该块状石墨挡板具有透气性和蒸汽渗透性； (b)将元素硅（Si)和元素碳（C)组成的混合物定位在所述石墨坩埚内部的第二位置；（c) 在步骤（a)和（b)之后，通过将定位在封闭的坩埚内部的混合物和块状石墨挡板加热至第 一温度，以将所吸附的气体、或湿气、或挥发物、或所吸附的气体、或湿气、或挥发物的部分 组合从定位在石墨坩埚内部的混合物和块状石墨挡板中移除，第一温度低于元素硅的熔 点；（d)在步骤（c)之后，通过将定位在封闭的坩埚内部的混合物加热到第二温度在坩埚内 部形成合成碳化硅（SiC)，第二温度足以引起坩埚内部的形成合成碳化硅的混合物的元素 Si和元素C之间的反应，其中在步骤（c)和（d)期间，真空栗抽空至少封闭的坩埚的内部； 以及（e)在步骤（d)之后，在存在温度梯度的情况下加热合成碳化硅和块状石墨挡板在块 状石墨挡板内部形成多晶碳化硅材料，温度梯度足以致使合成碳化硅升华并产生蒸汽，蒸 汽在温度梯度的影响下转移进入块状石墨挡板，蒸汽凝结在块状石墨挡板上，并与块状石 墨挡板反应，形成多晶碳化硅材料，其中温度梯度的最低温度是第三温度。
[0027] 混合物可以主要由元素硅和元素碳组成。
[0028] 在步骤（a)和（b)之后，部分混合物与部分可以与石墨坩埚内部的块状石墨挡板 接触。
[0029] 块状石墨挡板可以是至少99. 9999%纯度的碳。元素硅可以是至少99. 9999%纯 度的硅。元素碳可以是至少99. 9999%纯度的碳。更期望的，元素硅可以是99. 99999%至 99. 9999999%纯度的硅和/或元素碳可以是为至少99. 99999%纯度的碳。
[0030] 元素硅可以由多个多晶硅块或多晶硅粒组成，每个多晶硅块或多晶硅粒具有 (如，直径为）1_至7_的最大线性尺寸。元素碳可以是碳粉。
[0031] 块状石墨挡板可以是碳黑、碳珠或粒状的碳黑。块状石墨挡板可以具有0. 3-0. 5g/ cm3的密度。
[0032] 步骤（e)可以在真空（如，小于104托）或1至50托的惰性气体压力的情况下实 施的。惰性气体可以是氩。
[0033] 第一温度可预期地低于第二温度，并且第二温度可预期地低于第三温度。
[0034] 步骤（d)可预期地在足以完成元素硅与元素碳之间的反应的时间段内发生。步骤 (e)可预期地在足以基本完成合成碳化硅的升华并在块状石墨挡板内部形成多晶碳化硅材 料的时间段内发生。
[0035] 可预期地，步骤（b)的混合物内碳：硅的原子比为1:1至1. 2:1。
[0036] 第一温度可以为1300°C至1400°C;和/或第二温度可以为1550°C至1800°C;和/ 或第三温度可以为2200°C至2400°C。
[0037] 最终的多晶碳化硅产品包括：α(六角形）碳化硅多型体的混合物；粒子尺寸为 0. 2至2mm;氮浓度小于8X1015cm3;硼浓度小于6X1015cm3;错浓度低于1X1015cm3;铁浓 度低于3X1014cm3;并且钛浓度低于3X1014cm3。
[0038] 该方法可以包括如下一种或多种：步骤（d)紧随步骤（c);步骤（c)中，真空从步 骤（C)初期的10 3至10 4托变化至刚好步骤⑷之前的10 5至10 6托；步骤（e)紧随步骤 (d);步骤⑷中，真空从步骤（c)初期的10 2至10 3托变化至刚好步骤（e)之前的小于10 4 托；步骤（e)的真空小于10 4托。
[0039] 在步骤（a)和（b)之后，步骤（c)之前，该方法还包括如下步骤：通过在环境温度 下用真空栗抽空至少封闭的坩埚内部，对定位在石墨坩埚内部的混合物和块状石墨挡板进 行除气。
[0040] 本发明还公开了一种多晶碳化硅材料，其包括：α(六角形）碳化硅多型体的混合 物；粒子尺寸为〇. 2至2mm;氮浓度小于8Χ1015cm3;硼浓度小于6Χ1015cm3;铝浓度小于 1X1015cm3;铁浓度小于3X1014cm3;并且钛浓度小于3X1014cm3。
【附图说明】
[0041] 图1是用于高纯度碳化硅多晶颗粒材料的二阶段合成的室的剖面示意图。
[0042] 图2A-2C是图1中的石墨坩埚在二阶段碳化硅合成的不同阶段的单独视图。
[0043]图3示出了致使碳化硅多晶颗粒材料的形成和从其中移除杂质的蒸汽凝结、反应 和升华的主要步骤。
[0044] 图4A是用于钒补偿的碳化硅单晶的生长的限时释放器容器的剖面。
[0045] 图4B是生长坩埚的剖面示意图，图4A的限时释放器容器埋在根据图3的步骤制 成的碳化硅多晶颗粒材料中，同时碳化硅单晶种与碳化硅多晶颗粒材料相对，并且显示了 碳化硅单晶在碳化硅单晶种上生长。
[0046] 图5A-5C显示了用于高纯度碳化硅多晶颗粒材料的二阶段合成的坩埚的另一个 实施例。
【具体实施方式】
[0047] 图1是根据本发明的用于碳化硅多晶颗粒材料的二阶段合成的室2的剖面示意 图。室2包括气密的炉腔10,炉腔容置被绝热材料12包围的石墨坩埚11。加热器13被示 意性地显示为射频线圈，尽管可以同时使用电阻加热或使用二者之一。绝热材料中的窗口 14a和14b用于利用光学高温计来监视坩埚顶部和底部的温度。坩埚11相对于加热器13的 位置使得在1900 °C或更高的温度下存在温度梯度，坩埚底部的温度高于坩埚顶部的温度， 可期望地，高出50°C至100°C。
[0048] 理想地，坩埚11由密集的、细粒度的、等压的模压石墨制成，模压石墨比如碳化 硅-6级，可从的东洋炭素美国股份有限公司（地址为美国奥兰多特劳戴尔格雷厄姆圈西北 2575号，邮编97060)类似地方获得。坩埚11的尺寸没有限制，外径可以是100至250mm， 150至300mm高，并且壁厚为8mm至20mm。可期望地，绝热材料12由轻载重量的含纤维的 坩埚制成，诸如美尔森级Calcarb-CBCF，可从美尔森美国公司（地址为密歇根州海湾城哈 里森街900,邮编：48708米）获得。
[0049] 使用前，坩埚11和绝热材料12均被卤纯化，使得背景污染物的成分最小化，例如 但不仅限于：硼、磷和包括铝在内的金属杂质。可期望地但不仅限于，绝热材料12的纯化等 级是灰分的重量为百万分之二十，并且更期望地达到灰分的重量为百万分之五。可期望地 但不仅限于：石墨坩埚11的纯化等级是灰分的重量为百万分之五，并且更期望地达到灰分 的重量为百万分之一。坩埚11的底部填充或装载反应混合物15,其主要由含有99. 99999% 至99. 9999999%硅的元素硅和含有至少99. 9999%碳的元素碳组成。可期望地，混合物15 内碳：硅的原子比为1:1至1. 2:1。也就是说，相对于化学当量1:1的合成物。该混合物可 以额外包含高达20%原子的碳。正如在此使用的，当与元素硅和元素碳有关时使用时，短语 "主要由……组成"意味着元素硅和元素碳均具有在此所描述的纯度水平，并且可以包括少 量除元素硅和元素碳之外的一种或多种元素。
[0050] 可期望地，混合物15的主要硅成分是块、丸、细粒或粒子形式的多晶硅，其期望线 性尺寸或直径为1至7_。可期望地，混合物15的元素碳成分是碳黑、碳珠或粒状的碳黑。 在一个非限制性的例子中，碳成分是可以从坎卡博有限公司（加拿大亚伯达梅迪辛哈特新 月西北蔷薇园1702号，邮编：T1C1T9)获得的契马黑超高纯RTM碳黑。也可以是其他形式 的碳，如直径为5至100微米的高纯度石墨粉，只要它们具有在此所述的纯度即可。
[0051] 图1中，块状石墨挡板16被装载在坩埚11内，反应混合物15的顶部。可期望地， 石墨挡板16是高纯度碳黑、碳珠或粒状的碳黑-都具有0. 3-0. 5g/cm3的密度。可期望地， 石墨挡板16在坩埚11内所占据的空间占坩埚11的整体体积的25%-50%。如图1所示， 混合物15的顶面或混合物15的一部分可以在接触面18处接触块状石墨挡板16的底面或 块状石墨挡板16的一部分。
[0052] 初期除气
[0053] 为合成碳化硅多晶颗粒材料作准备，腔室10装载坩埚11，如图1所示。然后密封 腔室10并使用一个或多个普通真空栗4,如低真空栗和/或涡轮分子栗，在室温或环境温 度（如20-27°C)下抽空。通常，初始除气需要4至8小时，取决于腔室10、石墨形态绝热 材料12和坩埚、混合物15的体积以及（多个）真空栗4的排量。除气结束时，可期望地， 腔室10内的残余压力达到10 5-1〇 6托或更低。由于石墨形态坩埚11和绝热材料12对于 大气气体使高渗透性的，由（多个）真空栗4在腔室10内产生的真空几乎立即呈现在坩埚 11的内部。
[0054] 加热除气
[0055] 紧随室温下的初始除气，并在不破坏腔室10内的真空的情况下，给加热器13通 电以将坩埚11的温度提高，可期望地，提高至1300-1400°C。该温度必须低于硅的熔点 (1420°C)，否则，可能会引起元素硅和元素碳形态混合物15之间的过早的不期望的反应。 加热除气实现了从石墨零件（如坩埚11和绝热材料12)以及混合物15的元素碳成分和包 含在坩埚11内的块状石墨挡板16上深度移除残留挥发物和气体（空气、湿气或有机物）。 加热除气开始时，由于腔室