[发明专利]一种大规模晶体硅颗粒的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅表面外延生长大规模晶体硅颗粒的制备方法，所述晶体硅颗粒生长在单晶碳化硅表面，所述制备方法包括如下步骤：S100：对单晶碳化硅片进行加热处理；S200：当所述密封环境的温度升至500℃‑2000℃后，进行保温处理；所述保温处理的时间为1 s‑100 h；S300：保温结束后，进行降温处理；降至室温后即可得到生长在单晶碳化硅表面的大规模晶体硅颗粒。本发明生产设备更加简单，与单晶硅片激光打印法制不同晶型的硅颗粒相比，不需要昂贵的激光设备，成本廉价且能够大规模制备晶体硅颗粒。

本发明涉及本发明涉及半导体特殊结构制备领域，尤其涉及一种碳化硅表面外延生长大规模晶体硅颗粒的制备方法。

背景技术

碳化硅材料有着优异的化学、热稳定性，独特的物理性能：高机械强度、高击穿电场强度、高热导率、高饱和电子迁移率、高硬度，以及生物相容性等。碳化硅属于间接带隙半导体材料，当尺寸足够小如纳米碳化硅或者对其进行掺杂后，SiC会转为直接带隙，其发光强度将大大提高。这些独特的性能使其广泛地应用在高温、高频、抗辐射的大功率器件，例如传感器、场效应晶体管中；另外在发光二极管、复合材料、生物医疗、航空航天、军事领域也显示出了巨大的应用潜力。

而晶体硅和无定形硅材料，在当前的半导体工业仍然扮演着重要的角色，并且在很多领域有着很好的应用，例如光子晶体、太阳能电池、生物医疗、固态电子。

目前，硅结构镶嵌于氮化硅、氧化硅等材料中，并应用于光电领域。但从未做到过无定形或者结晶形硅结构镶嵌于碳化硅。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种新的晶体硅颗粒的制备方法。本发明主要是在单晶碳化硅表面生长晶体硅颗粒。

本发明的技术方案如下：

一种大规模晶体硅颗粒的制备方法，所述晶体硅颗粒生长在单晶碳化硅表面，所述制备方法包括如下步骤：

S100：对单晶碳化硅片进行加热处理；所述加热处理在密封环境中进行，并且所述密封环境中充满第一气体；所述加热处理的过程中维持所述密封环境的压力为1atm - 20atm；

S200：当所述密封环境的温度升至500 ℃ - 2000 ℃后，进行保温处理；所述保温处理的时间为1 s - 100 h；

S300：保温结束后，进行降温处理；降至室温后即可得到生长在单晶碳化硅表面的大规模晶体硅颗粒。

其中，加热过程中不通入所述第一气体。

其中，所述第一气体为氮气、惰性气体中的一种、氮气和惰性气体的混合气体或两种及两种以上的惰性气体的混合气体；

或；所述第一气体为氢气和氮气的混合气体、氢气和惰性气体的混合气体或氢气、氮气和惰性气体的混合气体；所述氢气的体积百分含量不大于 2%。

其中，当所述第一气体包含氢气时，所述步骤S300具体包括如下步骤：

S310：开始降温，调节所述密封环境的压力为1 kPa~20 atm，保持10 s~1 h；

S320：通入第二气体使所述密封环境的压力升至1 atm~20 atm，保持1 min~2 h；所述第二气体为氮气、惰性气体中的一种、氮气和惰性气体的混合气体或两种及两种以上的惰性气体的混合气体；

S330：重复步骤S310和步骤S320，直至所述密封环境的温度降至400 ℃~600 ℃；

S340：待所述密封环境冷却至室温即可得到生长在单晶碳化硅表面的大规模晶体硅颗粒。

其中，所述第一气体的通入量为10 mL/min - 20 L/min。

其中，所述密封环境的升温速率为1 ℃/min - 20 ℃/min；