[发明专利]一种用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层及其制备方法；一种用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层，包括：所述碳化硅晶须结合在蓝宝石衬底的表面；在结合碳化硅晶须的蓝宝石衬底的表面，结合碳化硅涂层；所述碳化硅晶须镶嵌于碳化硅涂层中。本发明所述的用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层韧性强，工作温度高，热稳定性能好，工作可靠性高，不易脱落，应用范围广。

技术领域

本发明属于陶瓷涂层技术领域，尤其涉及一种用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷材料由于其良好的物理性质及化学性质，如禁带宽度宽，饱和漂移速度大，临界击穿电场高，热导率高，因此碳化硅陶瓷材料应用广泛。蓝宝石，其禁带宽度大，漏电容和寄生电容极小，抗辐射性能好，熔点高，化学性能非常稳定，是非常好的绝缘衬底材料，常做为碳化硅涂层的衬底，用于碳化硅的外延生长。然而由于蓝宝石硬度高、不易黏附、热膨胀系数与碳化硅涂层不匹配，使得蓝宝石衬底上直接生长碳化硅涂层极为困难，且蓝宝石衬底上生长的碳化硅容易脱落。

在蓝宝石衬底与碳化硅涂层之间加入中间过渡层，来缓解蓝宝石衬底与碳化硅涂层的热膨胀系数不匹配的问题，但是中间过渡层对外延生长的碳化硅涂层质量有很大的影响，且碳化硅涂层在长期使用后依然还会产生裂纹，导致碳化硅涂层开裂脱落。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种一种用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层，韧性强，工作温度高，热稳定性能好，工作可靠性高，不易脱落，应用范围广。

为实现本发明的目的，一方面本发明提供了一种用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层，碳化硅晶须和碳化硅涂层，所述碳化硅晶须结合在蓝宝石衬底的表面；在结合碳化硅晶须的蓝宝石衬底的表面，结合碳化硅涂层；所述碳化硅晶须镶嵌于碳化硅涂层中。

优选地，所述碳化硅晶须垂直于蓝宝石衬底的表面。

优选地，所述碳化硅晶须的数量为每平方毫米100根～500根。

优选地，所述碳化硅晶须的直径为10-50nm、长度为1-10μm。

优选地，所述碳化硅涂层为包含碳化硅内层和碳化硅外层，所述碳化硅内层为异质外延生长的多晶碳化硅涂层，所述碳化硅外层为同质外延生长的单晶碳化硅涂层。

优选地，所述碳化硅内层的Si：C原子比为1：1；和/或所述碳化硅外层中Si：C原子比为1：1。

优选地，所述碳化硅内层的厚度为5～10μm。

优选地，所述碳化硅外层的厚度为15-50μm。

本发明另一方面还提供了所述的一种用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：蓝宝石衬底预清洗处理后，在蓝宝石衬底表面涂刷Fe(NO₃)₃或Ni(NO₃)₂溶液；涂刷后烘干，采用化学气相沉积方法在蓝宝石衬底的表面沉积碳化硅晶须；

在沉积碳化硅晶须的蓝宝石衬底的表面，采用化学气相沉积方法沉积碳化硅涂层。

优选地，所述沉积碳化硅涂层包括：三氯甲基硅烷为前驱体，氩气为稀释气，氢气为载气，沉积温度1000～1200℃，沉积压力小于100Pa，沉积时间2～5h；三氯甲基硅烷流量10-20mL/min，氢气流量100-300mL/min，氩气流量100-200mL/min。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过在蓝宝石衬底的表面结合碳化硅晶须，对碳化硅涂层增强增韧，使得碳化硅涂层与蓝宝石衬底的结合力变强，碳化硅涂层不易脱落。碳化硅晶须不会影响碳化硅涂层的电阻稳定性；本发明所述用于蓝宝石衬底的碳化硅涂层，韧性强，在高温工作环境中热稳定性能好，工作可靠性高，不易脱落，应用范围广。

附图说明