中国粉体网讯 由于SiC粉体在单晶生长过程中发挥着重要作用，近年来，制备高纯的SiC粉体逐渐成为SiC单晶生长领域的研究热点。
合成SiC粉体的方法主要有三种：第一种是固相法，固相法主要有碳热还原法、机械合金化法和自蔓延高温合成法；第二种是液相法，液相法中最具代表性的是溶胶-凝胶法和聚合物热分解法；第三种是气相法，气相法中最具代表性的是化学气相沉积法(CVD)、等离子体法。
来源：宁波阿尔法半导体
固相法
碳热还原法
碳热还原法通常是以二氧化硅粉为硅源，炭黑与石油焦等为碳源，将碳源与硅源按一定比例均匀混合后加热，在一定的温度下保温一段时间后生成碳化硅粉末。由于其工艺简单，原料成本低，所以是目前工业生产碳化硅的最常用方法。
目前，采用传统碳热还原法制备SiC粉末仍存在粉体纯度不高、杂质含量高、能耗大、且粉体不够细，但是该法具有原料廉价，操作简单，方法成熟等优势，因而在低品质碳化硅的制备上，它依然保持着主导地位。
机械合金化法
机械合金化制备碳化硅粉末通常是利用高能球磨产生的能量来促进反应物之间相互碰撞扩散并形成所需的产物。在球磨过程中，颗粒之间通过高能磨球的高速旋转产生的极高的局部冲击和挤压，使新暴露的表面结合在一起，高能球磨使颗粒产生大量缺陷，在自由能的驱动下，颗粒表面之间原子相互扩散从而生成新相。
机械合金化法具有制作技术简便，成本低，可以实现碳化硅粉末批量生产等优点。然而，通过机械合金化合成SiC粉末是通过随机的碰撞运动来实现的，因此产物颗粒通常具有广泛的粒径分布，还需采用分级技术筛分物料。同时在球磨过程中极易引入球磨介质以及球磨罐杂质，且由于原料粉末通常是通过表面间反应，容易出现反应不完全。综上所述机械合金化并不是合成高纯度、SiC粉末的理想方法。
自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法属于固相合成法，该方法是在外加热源的条件下，通过添加活化剂使反应物的化学反应自发持续的进行。然而活化剂的添加势必会引入其他杂质，为了保证生成物的纯度，研究人员选择提高反应温度以及持续加热的方式来维持反应的进行，这种方法被称为改进的自蔓延高温合成法。
改进的自蔓延高温合成法制备过程简单，合成效率高，在工业上被广泛用于生产高纯SiC粉体。该方法将固态的Si源和C源作为原料，使其在1400~2000℃的高温下持续反应，最后得到高纯SiC粉体。目前改进的自蔓延合成法制备SiC粉体的研究重点在于如何降低SiC粉体中N元素的含量。
液相法
溶胶-凝胶法
目前液相法中只有溶胶-凝胶法可以合成高纯的SiC粉体，其制备过程是将无机盐或醇盐溶于溶剂(水或醇)中形成均匀溶液，得到均匀的溶胶，经过干燥或脱水转化成凝胶，再经过热处理得到所需要的超细粉体。
溶胶-凝胶法合成的碳化硅粉体最早用于烧结碳化硅陶瓷，随着工艺的不断改善，合成粉体的纯度也不断提升。目前溶胶-凝胶法制备的SiC粉体已经可以用于单晶的生长。溶胶-凝胶法可以制备高纯度、超细SiC粉体，但是制备成本较高，合成过程复杂，不适合工业化生产。
聚合物分解法
聚合物分解法主要是通过高温使有机高分子分解产生SiC粉末，该合成方法主要分为两类：一类是加热先驱体发生分解反应释放出小单体，形成SiO2和C，再由碳热还原反应制得SiC粉体；另一类是加热先驱体释放出单体Si-C骨架，最终形成SiC粉末。聚合物热分解法在20世纪90年代有许多相关研究，近年来很少有相关研究人员提及，主要是该法的产物转化率较低、原料成本很高、污染较大等原因导致。
气相法
化学气相沉积法(CVD)
CVD法是通过气体的高温反应得到超细、高纯的Si粉体，其中Si源一般选择SiH4和SiCl4等，C源一般选择CH4、C2H2和CCl4等，而(CH3)2SiCl2、Si(CH3)4等气体既可以同时提供Si源和C源，这些气体的纯度均在99.9999以上。
目前CVD法多使用有机气源为原料，该方法需要精确控制设备的进气流量，并且对合成气源以及内部石墨件的纯度要求非常高，同时由于化学反应的副产物非常多，极易产生氯化物等腐蚀有毒气体，对操作人员以及设备都有着较高要求，因此生产成本也居高不下。另外，该法合成的粉体为纳米级的超细粉体，不易收集，同时由于化学气相沉积自身限制合成速率较慢，目前无法大批量的生产高纯SiC粉体。
等离子体法
等离子体法是将反应气体通入由射频电源激发的等离子体容器中，气体在高速电子的碰撞下相互反应，最后得到高纯的SiC粉体。等离子体法使用的气源与CVD法相同，气体纯度也在99.9999%以上。
等离子体法能够合成高纯的SiC粉体，同时粉末粒度分布均匀，不存在污染问题。但是合成的粉体粒径太小无法满足单晶生长要求，需要进一步处理才能用于晶体生长，且该法设备寿命短，成本高。
参考来源：
罗昊等.碳化硅单晶生长用高纯碳化硅粉体的研究进展
胡智臣.第三代半导体SiC单晶生长用高纯SiC粉制备研究
（中国粉体网编辑整理/初末）
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