本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种sic涂层及其制备方法。
背景技术：
微机电系统技术是将微电路和微机械装置按功能要求集成在芯片上的一种独立的智能系统，主要由传感器、制动器、电源、信号处理和控制电路组成，尺寸通常在微米级。材料是微机电系统技术发展基础，随着微机电系统技术应用领域日益扩展，对微机电系统的器件提出了更高的要求。sic具有较高的临界击穿电场、高热导率和饱和电子迁移等特点，适合于制造大功率、高温、高频和抗辐射的半导体器件。cvd(化学气相沉积)法通常用于制备sic涂层，通过sic涂层可以对器件的性质进行所需的改进，为了进一步提高sic的性能，通常对sic进行掺杂以提高其所需性能，尤其掺杂p型、n型原子进行相关电学性质的改变。
中国专利zl201280075046.9公开了一种sic成型体及其制备方法，其通过在制备sic的cvd过程中同时掺杂100-1000ppm的n原子和1-30ppm的b原子获得了电阻率为10-100000ω·cm的sic，其是通过用n型氮原子和p型硼原子同时取代c原子以实现电子与空穴的相互抵消以对电阻率大小实现控制，其实施例中的最高电阻率达到85000ω·cm。但纯粹的sic的理论最大电阻率可达109ω·cm，因此，如何通过简单的技术手段实现更大的电阻率值得进一步研究。
技术实现要素：
本发明提供了一种sic涂层，其通过cvd方法制备，采用铝原子和磷原子进行掺杂，其中铝原子掺杂浓度为0.8×1018cm-3至1.1×1018cm-3，铝原子浓度与磷原子浓度的比例为0.05-0.1，所述涂层电阻率达到2×106ω·cm～4×106ω·cm。
作为本发明的进一步改进，该sic涂层的铝原子含量为0.87×1018cm-3，磷原子含量为1.23×1019cm-3。
作为本发明的进一步改进，该sic涂层厚度为0.5mm。
本发明还提供了一种sic涂层的制备方法，通过加热反应室至1300℃-1500℃，将同时含有硅源和碳源的一元原料气或分别含有硅源和碳源的二元原料气通入反应室，再将含有铝源和磷源的气体通过载气通入反应室，最终在基材上生成高电阻率的sic涂层。
作为本发明的进一步改进，通过加热反应室至1300℃-1500℃，将ch3sicl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气通入反应室，最终在基材上生成高电阻率的sic涂层。
作为本发明的进一步改进，将ch3sicl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气通入反应室，反应室通过加热至1400℃在基材上生成sic涂层。
作为本发明的进一步改进，ch3sicl3气体为气体体积总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.025％，磷化氢的气体体积含量为0.5％。
作为本发明的进一步改进，所述基材为石墨。
本发明的有益效果是：本发明通过在cvd法制备sic涂层的过程中考察不同p型和n型掺杂原子对sic涂层电阻率的影响，通过原子掺杂位置和原子半径分析不同原子掺杂提高sic涂层电阻率的机理，并通过添加特定量的铝和磷原子意外地获得了电阻率高达2×106ω·cm-4×106ω·cm的sic涂层。
具体实施方式
本发明公开了一种具有简单方法制备的具有高电阻率的sic涂层，其通过在cvd制备过程中掺杂特定含量的铝原子和磷原子能够获得超过106ω·cm的sic涂层。
根据现有技术教导，在cvd法制备的sic涂层中同时掺杂p型硼原子、n型氮原子能够实现空隙与电子抵消的以提高其电阻率，根据cvd制备的sic涂层的特点，其通常是根据基材性质先生成一层硅或一层碳、再在该层之上相应的生长一层碳或一层硅，如此重复生成制备sic涂层，而同时掺杂p型硼原子和n型氮原子会在碳层生长时与碳原子形成竞争，从而使得硼原子或氮原子取代了碳原子掺杂在碳层中，因此，p型硼原子和n型氮原子基本生长在同一层中，而同一层的原子并不直接相连，而是通过共价键与相邻层之间连接。根据pn结原理，p型材料和n型材料的交界处由于电子与空穴之间的浓度差导致n型材料的电子进入p材料的空穴形成pn结，从而导致在特定方向上电流能够通过，另一方向上电流需要达到一定程度才能通过。借鉴该技术原理，推测在cvd制备的sic涂层中，如果将不同类型的掺杂原子分布在相邻的不同层可能会提高电阻率，即sic涂层中的硅层被p型或n型原子掺杂，而相邻碳层被相应的n型或p型原子取代，则使得p型原子与n型原子在不同层。在sic涂层内形成交替的p型掺杂层和n型掺杂层，类似于pn结原理，使得电子与空穴能够沿着共价键更容易的传递，可能相对于p型原子和n原子在同一层时能够进一步提高涂层的电阻率。在上述构思的指导下，采用常用的硼原子和铝原子为p型原子、氮原子和磷原子为n型原子开展实验例1-4的实验。
根据实验例1与zl201280075046.9中的实施例1进行对比，该电阻率达到了67000ω·cm，但未达到85000ω·cm，这可能与制备仪器、测量仪器及细节参数等不同有关，但基本表明了特定浓度下的p型硼原子、n型氮原子掺杂的sic涂层具有较高的电阻率。对比实验例1-3的结果发现，掺杂的铝和氮的sic涂层和掺杂硼和磷的sic涂层的电阻率高于掺杂硼与氮的sic涂层的电阻率，其可能说明不同层掺杂的p型原子和n型原子相对于在碳层掺杂的p型原子和n型原子能够使得电阻率进一步提高，但通过实验例4的结果意外发现，其电阻率明显高于实验例1-3，其可能说明在硅层进行p型原子和n型原子掺杂具有更好的电阻率。通过进一步分析推测，氮原子的原子半径(0.80)小于碳原子(0.86)，硼原子的原子半径(0.86)大于碳原子，磷原子的电子半径(1.30)大于硼原子而小于硅原子(1.34)，而铝原子的原子半径(1.43)大于硅原子，因此，根据原子半径推测，铝原子掺杂进入硅层，氮原子掺杂进入碳层，而硼原子优先进入碳层，磷原子优先进入硅层，在氮、硼掺杂时，氮和大部分硼掺杂硅层，少部分硼进入硅层；在磷、硼掺杂时，磷原子基本进入硅层，硼原子基本进入碳层；在铝、氮掺杂时，铝原子进入硅层，氮原子进入碳层；在铝、磷掺杂时，铝原子和大部分磷原子进入硅层，磷原子部分进入碳层；因此，四种sic涂层可能都存在不同程度的不同层掺杂的p型原子和n型原子情况，而原子半径的差别可能使得sic涂层内的晶体生长有较多的缺陷，磷原子进入碳层所引起的缺陷要比硼原子进入硅层的缺陷要大，而磷原子和铝原子进入硅所引起的缺陷要比硼原子和碳原子进入碳层的缺陷要大，因此，铝、磷掺杂的sic涂层的缺陷应该最大，其可能造成了电阻率的进一步提高。
根据上述分析发现，在实验例4的基础上，如果进一步提高铝、磷含量，将进一步使更多磷原子进入碳层，其不仅增加了不同层掺杂的p型原子和n型原子的程度，而且导致产生的缺陷增加，推测可能会进一步提高sic涂层的电阻率。在上述构思的指导下，开展了进一步提高铝磷掺杂含量的实验例5和6的实验。
对比实验例4和5可以发现，通过提高铝、磷含量能够进一步提高sic涂层电阻率，而且意外的能够达到3.5×106ω·cm，而通过对比实验例5,6可以发现，再进一步提高铝、磷含量发现sic涂层的电阻率大幅度下降，这说明铝、磷含量应控制在一定的范围，过多的铝、磷一方面导致硅层和碳层缺陷过多，对sic的结构有明显影响，另一方面可能过多的铝原子导致出现了铝原子相连的情况，导致导电性明显增加。
本发明通过实验例1-6考察了不同p型和n型掺杂原子对sic涂层电阻率的影响，通过原子掺杂位置和原子半径分析不同原子掺杂提高sic涂层电阻率的机理，并通过添加特定量的铝和磷原子意外地获得了电阻率高达2×106ω·cm-4×106ω·cm的sic涂层。
实验例1：
先将ch3sicl3气体通入反应室，再将含有三氯化硼和氮气的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成sic涂层。其中，ch3sicl3气体为气体体积总量的10％，三氯化硼的气体体积含量为0.0025％，氮气的气体体积含量为0.05％，从而制备得到了硼原子含量为0.93×1018cm-3，氮原子含量为1.47×1019cm-3的sic涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为67000ω·cm。
实验例2：
先将ch3sicl3气体通入反应室，再将含有三氯化硼和磷化氢的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成sic涂层。其中，ch3sicl3气体为气体总量的10％，三氯化硼的气体体积含量为0.0025％，磷化氢的气体体积含量为0.05％，从而制备得到了硼原子含量为0.94×1018cm-3，磷原子含量为1.21×1019cm-3的sic涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为9.4×104ω·cm。
实验例3：
先将ch3sicl3气体通入反应室，再将含有三甲基铝和氮气的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成sic涂层。其中，ch3sicl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.0025％，氮气的气体体积含量为0.05％，从而制备得到了al原子含量为0.83×1018cm-3，氮原子含量为1.46×1019cm-3的sic涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为5.2×105ω·cm。
实验例4：
先将ch3sicl3气体通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成sic涂层。其中，ch3sicl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.0025％，磷化氢的气体体积含量为0.05％，从而制备得到了铝原子含量为0.84×1018cm-3，磷原子含量为1.19×1019cm-3的sic涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，涂层的电阻率为9.8×105ω·cm。
实验例5：
将ch3sicl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成sic涂层。其中，ch3sicl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.025％，磷化氢的气体体积含量为0.5％，从而制备得到了铝原子含量为0.87×1019cm-3，磷原子含量为1.23×1020cm-3的sic涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为3.5×106ω·cm。
实验例6：
将ch3sicl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气通入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成sic涂层。其中，ch3sicl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.25％，磷化氢的气体体积含量为5％，从而制备得到了铝原子含量约为0.88×1020cm-3，磷原子含量约为1.22×1021cm-3的sic涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为53000ω·cm。
本发明的有益效果：在现有技术基础上，本发明通过在cvd法制备sic涂层的过程中考察不同p型和n型掺杂原子对sic涂层电阻率的影响，通过原子掺杂位置和原子半径分析不同原子掺杂提高sic涂层电阻率的机理，并通过添加特定量的铝和磷原子意外地获得了电阻率高达2×106ω·cm-4×106ω·cm的sic涂层。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。