[发明专利]低导热系数低密度热解氮化硼材料、其制造方法和由其制造的制品

说明书

技术领域

本发明涉及热解氮化硼材料、制造所述材料的方法，和由其制造的制品。

背景技术

将氮化硼(BN)典型地成形为制造的制品。氮化硼(BN)是众所周知的商业化生产的耐火的非氧化物陶瓷材料。热解氮化硼(p-BN)可通过化学气相沉积(CVD)在基板如石墨上制造。BN的最普通结构是六方晶系结构。该结构类似于石墨的碳结构，其由边缘稠合(edge-fused)六元(six-membered)(BN)₃环的延伸的二维层组成。环以下述晶形排列：在一层中的环上的B原子在相邻层中的N原子上面和下面，反之亦然(即，所述环在位置上相对于层变化)。类似于石墨，在稠合六元环中的平面内B-N键是强共价的，而平面间B-N键是弱的。层状六方晶系结构导致各向异性的物理性质，该各向异性的物理性质使这种材料在非氧化物陶瓷的所有物品中是独特的。

可以从p-BN制造坩埚，所述坩埚用于在制造包括砷化镓半导体的化合物半导体单晶的切克劳斯基法(Czochralski)(LEC)、水平布里奇曼法(Horizontal Bridgeman)(HB)或垂直梯度凝固法(VGF)中。参见，例如Kimura等的美国专利5,674,317，该专利公开一种由密度为1.90至2.05g/cc的热解氮化硼制造的容器。

p-BN的一个优点是它的各向异性。在上述单晶半导体材料生产方法中，重要的是小心控制在熔体中的热梯度以降低晶体缺陷的风险，所述晶体缺陷可致使半导体不适于其在芯片制造中的预期用途。氮化硼沿晶面的导热系数比贯通晶面的导热系数大。该各向异性有利于在坩埚内的熔融半导体材料中高度统一的温度曲线，但是它限制对于最佳晶体生产可能需要的热梯度的控制。因此，优选沿坩埚的面内方向和贯通面方向二者都具有尽可能低的导热系数，以保持遍及所有半导体熔体中的温度均匀性。

发明内容

此处提供一种热解氮化硼材料，其面内导热系数为不大于约30W/m-K和贯通面导热系数为不大于约2W/m-K。本发明的p-BN材料优选密度为小于1.85g/cc，该密度低于标准p-BN的密度。

有利地，本发明的p-BN材料具有高抗脱落性(exfoliationresistance)，和与常规p-BN制造的坩埚相比，提供更高的在由所述p-BN材料制造的坩埚中半导体熔体的热控制。

附图说明

参照附图，以下描述各种实施方案，其中：

图1是示出标准现有技术p-BN坩埚(std)和本发明的新型超低密度(uld)p-BN坩埚的面内导热系数之间比较的图；

图2是示出与常规p-BN和层状p-BN相比本发明的p-BN的通过激光闪光法测量的贯通面(即，c-方向)热扩散系数与温度的关系的图；

图3是示出与常规p-BN和层状p-BN相比本发明的p-BN的热容与温度的关系的图；和

图4是示出与常规和层状p-BN相比本发明的p-BN的贯通面(c-方向)导热系数与温度的关系的图。

具体实施方式

除了在加工实例中或另有说明，将在说明书中规定的表示材料量、反应条件、持续时间和材料的量化性能等的所有数字理解为在所有情况下由术语“约”修饰。

也应理解，此处所述的任一数值范围意欲包括在该范围内的所有子范围。

现在参照图1，现有技术的标准p-BN坩埚典型地显示面内导热系数为约52W/m-K。然而，在一个实施方案中，本发明的热解氮化硼(p-BN)的面内导热系数为不大于约30W/m-K和贯通面导热系数为不大于约2W/m-k。在另一个实施方案中，本发明的p-BN的面内导热系数为不大于约24W/m-K和贯通面导热系数为不大于约1.1W/m-k。在又一个实施方案中，本发明的p-BN的面内导热系数为不大于约20W/m-K和贯通面导热系数为不大于约0.7W/m-k。在室温下给出对于p-BN的上述的导热系数值。

此外，在一个实施方案中，本发明的p-BN的密度为小于1.85g/cc，在另一个实施方案中，本发明的p-BN的密度为不大于约1.81g/cc。

本发明的p-BN比提供更高的抗脱落性的标准密度常规p-BN是更少结晶和较少取向的。取向度由下式定义。

I比值＝I[002]_WG/I[100]_WG