10内成分的除气，腔室压力可能会升高至10 3_1〇 4托，取决于腔 室10的尺寸、腔室10内的石墨的量（包括诸如谢祸11和绝热材料12的石墨零件以及混合 物15的元素碳成分和包含在坩埚11内的块状石墨挡板16)、反应混合物15和块状石墨挡 板16的重量、（多个）栗4的排量以及温度上升的速率。然而，加热除气的几小时内，（多 个）栗4对腔室10的持续抽吸会使腔室10内的压力回到大约10 5-10 6托或更低。在高温 (1300至1400°C)和（多个）栗4的持续抽吸下，室2被保温，可期望地，保温6-24小时。 图2A示出了加热除气步骤后期和下述的碳化硅合成的（a)阶段之前的坩埚11的状况。
[0056] 碳化硅合成的（a)阶段
[0057] 紧随加热除气，并在不破坏腔室10内的真空的情况下，炉腔10继续处于（多个） 真空栗4的持续抽吸下，这样腔室10和坩埚11内的压力为10 5-10 6托或更低。加热器13 的功率被控制以使坩埚11的温度经过几个小时（可期望地4-8小时）上升到2200-2400°C。 当坩埚11的温度从1550-1800°C上升到2200-2400°C时，反应混合物15的元素硅和元素碳 开始反应。反应混合物15的元素硅和元素碳的反应是放热的，并且反应的发生可能伴随坩 埚10的温度的提高，并且由于腔室10内的成分的除气，还伴随腔室10内的压力的提高。无 限制地，腔室10内的压力可以提高到10 2-1〇 3托。
[0058] 混合物15的元素硅和元素碳之间的反应的后期伴随着腔室10压力的降低，其通 常（但不仅限于）返回到10 4托或更低。根据观察，结束混合物15的元素硅和元素碳之 间的反应需要2-4小时，取决于坩埚11内混合物15的炉料的尺寸。混合物15的元素硅和 元素碳之间的反应产生大量的合成多晶碳化硅（下文称"合成碳化硅炉料"），其主要包括 "β"（立方的）碳化硅微晶。图2B示出了该方法的（a)阶段的后期的状况，在此合成碳化 硅炉料表示为标记20。
[0059] 合成碳化硅炉料20的纯度的特征在于利用辉光放电质谱法（GDMS)和次级离子质 谱法（S頂S)的方法。可观察到合成碳化硅炉料20包括显著的量的残留污染物，例如硼、硫、 铁和钒，大约在重量为百万分之0. 01至0. 1的级别。S頂S分析针对从合成碳化硅炉料20 中回收的且氮水平高达5X1017cm3的较大碳化娃微晶（尺寸大约2mm)。
[0060] 碳化硅合成的（b)阶段
[0061] 紧随碳化硅合成的（a)阶段，并在不破坏腔室10内的真空的情况下，加热器13继 续为坩埚11加热，直到坩埚11达到2200-2400°C的温度，可期望地，坩埚11的底部的温度 比坩埚11的顶部的温度高50-100°C，也就是说，坩埚11内存在轴向温度梯度。本方法的该 阶段可以在（多个）栗4建立的真空（不仅限于10 5-10 6托或更低）或纯惰性气体的低压 (例如但不限于1-50托）下实施。在真空下实施碳化娃合成的情况下，继续通过（多个） 栗4对腔室10进行抽吸。在惰性气体的低压下实施碳化硅合成的情况下，惰性气体8,例如 氩，被从附接的惰性气体源（图1的标记6)引入炉腔10,以在腔室10和坩埚11内产生压 力，可期望地，1-50托。可期望地，惰性气体8相对于氮的纯度是十亿分之十或更高。
[0062] 当坩埚11的温度达到并超过1900°C时，合成碳化硅炉料20开始充分升华。在轴 向温度梯度，即坩埚11的底部和顶部之间的温度梯度的驱动下，升华蒸汽向上转移至坩埚 11的顶部（如图2C中用箭头21标记）并且渗入低密度、具有透气性和蒸汽渗透性的石墨 挡板16 (在图2A-2B中显示的更佳）。这样的蒸汽转移的最终结果是在块状石墨挡板16内 形成高纯度、多晶六角形碳化硅颗粒。块状石墨挡板16内形成的六角形碳化硅颗粒在图2C 中通过标记号23来标记。
[0063] 尽管不希望被任何特殊理论所限制，但是下述的段落阐明了所观察到的纯化的现 象和机制。
[0064]在碳化硅升华生长领域所公知的是，碳化硅的不一致地升华，蒸汽相中硅：碳的原 子比率实质上高于1:1，例如，高达1. 5:1。因此，一旦合成碳化娃炉料升华，聚合石墨稀片 形式的碳残留被留下（该碳残留在图2C中显示为标记22)。
[0065]图3示出了由合成碳化硅炉料20的升华释放出的蒸汽渗入所述挡板16后在块状 石墨挡板16内发生的基本过程。这些基本过程包括蒸汽凝结、蒸汽和碳之间的反应以及碳 化硅沉积物的再升华的大量重复步骤。图3中，合成碳化硅炉料20的升华产生的蒸汽31与 石墨挡板16的碳粒子32接触，凝结在粒子32上并形成碳化娃沉积物33。粒子32上的碳 化硅沉积物的结果是，蒸汽31变得富含硅，这使蒸汽31进一步与碳粒子32的暴露部分反 应，形成附加固态碳化硅（换句话说，将碳离子32转化为碳化硅）。依次地，碳化硅沉积物 33升华并产生碳化硅蒸汽31a，碳化硅蒸汽31a以碳化硅沉积物33a的形式凝结在另一个 碳离子32a上。这些基本步骤在形成块状石墨挡板16的碳离子32、32a等上重复很多次。
[0066] 在碳化硅升华-反应-凝结的每个基本循环中都保持每种杂质的质量平衡。一旦 升华，包含在固态碳化硅（即被转化到固态碳化硅中的碳粒子32、32a等）中的杂质以箭头 34所标记的挥发性分子种类的形式被释放到周围空间中。一小部分被释放的杂质通过坩埚 11的石墨壁37被扩散到坩埚11的外部。这种扩散由箭头34a所标记。一旦蒸汽31a被 凝结在碳粒子32a上，释放的杂质的剩余部分被正在生长的碳化硅沉积物从周围空间中吸 附。这样的被释放的杂质吸附由箭头34b所标记。
[0067] 这样，杂质移除的整体程度取决于：（i)碳化硅对于杂质的化学亲和力；（ii)石墨 对耐杂质的挥发性分子的"透明度"，以及（iii)外部空间中杂质的浓度（分压力）。
[0068] 碳化硅升华生长领域中公知的是，石墨对于气体（诸如氮）是透明的。因此，如果 炉腔10内氮的分压力低，上述的碳化硅升华过程中释放出的氮可以通过（多个）栗4的操 作经过坩埚11的壁37的氮扩散从石墨坩埚11的内部有效地移除。
[0069] 众所周知，石墨形式石墨坩埚11对上述的碳化硅升华过程中形成的耐硅蒸汽的 透明度实质很差。因此，在碳化硅合成的（b)阶段仅仅少量的硅从坩埚11中损失。
[0070] 总而言之，在碳化硅蒸汽从混合物15经过所述石墨挡板16输运到坩埚11的顶部 直到最终多晶碳化硅颗粒材料23被准备好的过程中，在块状石墨挡板16内发生凝结-反 应-升华的反复循环。这些循环伴随包括氮的杂质从坩埚11内部移除、具有线性粒子尺寸 或直径为0. 2-2_的六角形多晶碳化硅粒子材料23的块状石墨挡板16的晶核生成和生 长。可期望地，碳化硅合成的（b)阶段的持续时间为24-72小时。
[0071] 最终的多晶碳化硅颗粒材料23的纯度的特征在于使用GDMS和S頂S，并且发现 其包括浓度低于重量为百万分之0. 01-0. 05的GDMS检测极限的硼、铝和其他金属污染物。 S頂S分析针对从多晶碳化硅颗粒材料23的合成批料中回收的且硼水平低于6X1015原子 /立方厘米、铝水平低于1X1〇15原子/立方厘米、铁和钛水平低于3X10 14原子/立方厘米 的较大碳化硅微晶（尺寸大约2_)。发现背景氮的水平一直低于8X1015粒子/立方厘米 (接近氮的S頂S的较低氮检测极限）。
[0072] 请见图4A和4B，上述方式合成的多晶碳化硅颗粒材料23被用作通过掺钒半绝缘 碳化硅晶体的升华的生长中的原料。在准备这样的生长中，多晶碳化硅颗粒材料23被装载 在石墨生长坩埚100的底部，同时碳化硅种晶102被附接到生长坩埚100的盖子104上。
[0073] 石墨容器110被准备且被填充元素金属钒或适当的固态钒合成物形式的钒掺杂 物112。容器110包括直径1慢慢长3_的在掺杂物112填料容置的容器110的内部与容 器110的外部之间延伸的校准毛细管114。内部116具有钒掺杂物112的容器110被放置 在生长坩埚100内并被埋在坩埚100的底部的多晶碳化硅颗粒材料23下（如图4B)。
[0074] 具有被埋在多晶碳化硅颗粒材料23内的钒填料容器110的生长坩埚100被放置 在炉腔（像图1中的腔室10)内。然后腔室被抽空并填充来自惰性气体源（像图1中的惰 性气体源6)的高纯度氩至10托的压力。然后，坩埚100通过加热器120(像图1中的加热 器13)被加热到生长温度，如1900°C-2400°C，以这样的方式产生垂直温度梯度，其中多晶 碳化硅颗粒材料23的温度比碳化硅种晶102的温度高10-50°C。
[0075] 本领域公知的是，在高温（如1900°C-2400°C)下，多晶碳化硅颗粒材料23的碳 化硅升华，将Si、5"(：和SiC2的挥发性分子种类的光谱释放到蒸汽相。在温度梯度的驱动 下，这些种类通过蒸汽流动转移至碳化硅种晶102 (图4B中通过箭头122表示）并凝结在 碳化硅种晶上，致使碳化硅单晶124在碳化硅种晶102上生长。同时，耐钒分子种类通过毛 细管114从容器110内的钒掺杂物112中释放，并跟随蒸汽流122被输运到正在生长的碳 化硅单晶124并被吸附在生长界面上，这样致使正在生长的碳化硅单晶124掺杂钒。关于 钒掺杂的更具体细节可以在美国专利号5, 611，955、7, 608, 524、8, 216, 369和美国专利申 请公开号2011/0303884中找到。
[0076] 分别包含8X1016粒子/立方厘米至1. 2X10 17粒子/立方厘米的钒的6H多型体的