説明

炭化珪素粉体の製造方法

【課題】SiC原料粉体にドーパントを混合させた場合に、SiCの昇華ガスとドーパントの昇華ガスとを均一に種結晶に供給することができると共に、不純物の混入可能性が低い炭化珪素粉体の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る炭化珪素粉体の製造方法は、珪素源と、炭素源と、反応触媒と、バナジウム含有化合物と、を混合させて液状混合物7を生成する工程と、液状混合物7を減圧雰囲気下に配置した状態で、液状混合物7に不活性ガスを導入しつつ排出ガスを排気する工程と、液状混合物7を乾燥および硬化させることにより固形物19を生成する工程と、固形物19を加熱して炭化および焼成することにより、炭化珪素粉体25を生成する工程とを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は炭化珪素粉体の製造方法に関し、特に、所望の抵抗率が得られる高品質の炭化珪素粉体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、炭化珪素(SiC)の単結晶を成長させる方法として、例えば昇華再結晶法がある。この昇華再結晶法は、反応容器に収容したSiC原料粉体を加熱して昇華ガスを発生させて、該昇華ガスをSiCからなる種結晶上に供給することによってSiC単結晶を成長させる方法である。昇華ガス中に不純物を添加することによって、SiC単結晶の抵抗率を制御することが可能なことが判明しているため、SiC原料粉体中に、ドーパントである砒素または砒素化合物を混合させ、この混合物を加熱して昇華ガスを発生させる方法が公知である(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−234800号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、前述した炭化珪素粉体の製造方法では、SiC原料粉体と砒素または砒素化合物とでは、同一加熱温度ではドーパントの砒素または砒素化合物が先に昇華する。このように、SiC原料粉体とドーパントでは昇華速度が異なるため、SiCの昇華ガスとドーパントの昇華ガスとで濃度に差異が生じ、均一にドープすることが困難であった。
【0005】
また、反応容器の外部からドーパントを含有した昇華ガスを種結晶に供給する方法も考えられるが、この場合は、外部から不純物が混入する可能性が高いという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、SiC原料粉体にドーパントを混合させた場合に、SiCの昇華ガスとドーパントの昇華ガスとを均一に種結晶に供給することができると共に、不純物の混入可能性が低い炭化珪素粉体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第1の特徴は、珪素源と、炭素源と、反応触媒と、バナジウム含有化合物と、を混合させて液状混合物(液状混合物7)を生成する工程と、前記液状混合物を減圧雰囲気下に配置した状態で、前記液状混合物に不活性ガス(導入ガスIn(G))を導入しつつ排出ガス(排出ガスOut(G))を排気する工程と、前記液状混合物を乾燥および硬化させることにより固形物(固形物19)を生成する工程と、前記固形物を加熱して炭化および焼成することにより、炭化珪素粉体(炭化珪素粉体25)を生成する工程とを有する炭化珪素粉体の製造方法である。
【0008】
このように、液状混合物中にドーパントであるバナジウムが添加されているため、炭化珪素粉体を加熱して昇華ガスを発生させた場合に、炭化珪素とドーパントとが同時にかつ均一に昇華されて昇華ガスが発生し、昇華ガス濃度のバラツキが低減されて均一なガスが生成される。これによって、成長単結晶について異種多形の発生を抑制できると共に、所望の抵抗率を有する良質の炭化珪素単結晶を得ることができる。
【0009】
本発明のその他の特徴は、前記バナジウム含有化合物として、酸化バナジウムアセチルアセトナートを用いることを要旨とする。
【0010】
本発明のその他の特徴は、前記反応触媒は、重合または架橋触媒であることを要旨とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る炭化珪素粉体の製造方法によれば、SiC原料粉体にドーパントを混合させた場合に、SiCの昇華ガスとドーパントの昇華ガスとを均一に種結晶に供給することができると共に、不純物の混入可能性が低い。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態による液状混合物に不活性ガスを導入している状態を示す概略図である。
【図2】本発明の実施形態による固形物を生成している状態を示す概略図である。
【図3】本発明の実施形態による炭化珪素粉体を生成している状態を示す概略図である。
【図4】本発明の実施形態による炭化珪素粉体の製造工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態に係る炭化珪素粉体の製造方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【0014】
まず、本発明に係る炭化珪素粉体の製造方法を説明する前に、図1〜図3に示す装置の構造を簡単に説明する。
【0015】
図1は、本発明の実施形態による液状混合物に不活性ガスを導入している状態を示す概略図である。
【0016】
反応容器1の上面1aには、上下方向に延びる細長い管状の導入管3が挿入されており、入口端3aが上端側に配置され、出口端3bが下端側に配置されている。導入管3には、不活性ガスなどの導入ガスIn(G)が導入されるように構成されており、その出口端3bは、反応容器1の底部近傍にまで延びている。また、反応容器1の側面1bの上端には、横方向に延びる排出管5が配設されている。この排出管5からは、反応容器1内の排出ガスOut(G)が外方に排出される。なお、図1では、反応容器1内に液状混合物7が収容されている。
【0017】
図2は、本発明の実施形態による固形物を生成している状態を示す概略図である。
【0018】
この工程で用いる装置は、外側に配設された乾燥室11と、該乾燥室11の内部に配設された収納容器13である。収納容器13は、筒状に形成された側面15と該側面15の底部に配設された底面17とからなる。また、乾燥室11には、図外の加熱手段が設けられており、該加熱手段を加熱させて乾燥室11の内部が高温でかつ湿度が低くなって、収容容器13内の液状混合物を乾燥させて固形物19を生成することができる。
【0019】
図3は、本発明の実施形態による炭化珪素粉体を生成している状態を示す概略図である。
【0020】
外周側には、螺旋状に巻回された加熱コイル21が設けられており、該加熱コイル21の内周側には、加熱炉23が配設されている。この加熱炉23の内部には、図2に示した収納容器13が配置されている。なお、図3では、収納容器13内に炭化珪素粉体25が収納されている。
【0021】
次いで、本発明に係る炭化珪素粉体の製造方法を説明する。図4は、本発明の実施形態による炭化珪素粉体の製造工程を示すフロー図である。本発明に係る炭化珪素粉体の製造方法は、図4に示すように、(1)珪素源と、炭素源と、反応触媒と、バナジウム含有化合物と、を混合させて液状混合物7を生成する第1工程と、(2)この液状混合物7を減圧雰囲気下に配置した状態で、液状混合物7に不活性ガスを導入しつつ排出ガスを排気する第2工程と、(3)液状混合物7を乾燥および硬化させることにより固形物19を生成する第3工程と、(4)この固形物19を加熱して炭化および焼成することにより、炭化珪素粉体25を生成する第4工程とを有する。
【0022】
第1工程においては、図1に示すように、反応容器1の内部に、珪素源と、炭素源と、反応触媒と、バナジウム含有化合物と、を混合させて液状混合物7を生成する。
【0023】
珪素源は、エチルシリケートなどが好ましい。炭素源は、フェノール樹脂などが好ましい。反応触媒は、マレイン酸などが好ましい。バナジウム含有化合物は、酸化バナジウムアセチルアセトナートなどが好ましい。また、ドーパントは、珪素源と、炭素源と、反応触媒と、を混合させた液状体に溶解可能なものであるバナジウム(V)である。反応触媒は、重合または架橋触媒であることが好ましい。
【0024】
第2工程においては、図1に示すように、液状混合物7を反応容器1内に収容して減圧雰囲気下に配置し、この状態で、液状混合物7に不活性ガスを導入しつつ排出ガスOut(G)を排気する。具体的には、前述した珪素源と炭素源と反応触媒とバナジウム含有化合物とを混合させて得られた液状混合物7を反応容器1の内部に収納し、導入管3の入口端3aから液状混合物7の中に導入ガスである不活性ガスを供給する。また、これと同時に、排出管5から排出ガスOut(G)を外方に排気させる。
【0025】
第3工程においては、図2に示すように、液状混合物7を乾燥および硬化させることにより固形物19を生成する。
【0026】
図2の収納容器13内に第2工程で得られた液状混合物7を導入し、乾燥室11の内部に収納容器13を載置する。この状態で、加熱手段によって乾燥室11内を高温にして、収納容器13内の液状混合物7を乾燥させることによって固形物19とする。
【0027】
第4工程においては、固形物19を加熱して炭化および焼成することにより、炭化珪素粉体25を生成する。具体的には、図3に示すように、内部に固形物19が収容された収納容器13を加熱炉23の内部に載置し、加熱コイル21に電流を流して加熱することによって収納容器13内の固形物19を加熱して炭化および焼成することにより、炭化珪素粉体25を生成する。
【0028】
以下に、本発明の実施形態による作用効果を説明する。
【0029】
<作用効果>
(1)本発明に係る炭化珪素粉体の製造方法は、珪素源と、炭素源と、反応触媒と、バナジウム含有化合物と、を混合させて液状混合物7を生成する工程と、この液状混合物7を減圧雰囲気下に配置した状態で、液状混合物7に不活性ガスを導入しつつ排出ガスを排気する工程と、液状混合物7を乾燥および硬化させることにより固形物19を生成する工程と、この固形物19を加熱して炭化および焼成することにより、炭化珪素粉体25を生成する工程と、を有する。
【0030】
このように、液状混合物7中にドーパントであるバナジウムが添加されているため、炭化珪素粉体25を加熱して昇華ガスを発生させた場合に、炭化珪素とドーパントとが同時にかつ均一に昇華されて昇華ガスが発生し、昇華ガス濃度のバラツキが低減されて均一なガスが生成される。これによって、成長単結晶について異種多形の発生を抑制できると共に、所望の抵抗率を有する良質の炭化珪素単結晶を得ることができる。
【0031】
(2)バナジウム含有化合物として、酸化バナジウムアセチルアセトナートを用いる場合、酸化バナジウムアセチルアセトナートは液状混合物への溶解性が良好であるため、昇華ガス濃度のバラツキがさらに低減されてより均一なガスが生成される。
【0032】
(3)反応触媒は、重合または架橋触媒であることが好ましい。これは、炭素源と珪素源とが反応するための促進剤として作用するからである。
【0033】
なお、前述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【0034】
例えば、前述した実施形態では、ドーパントは、珪素源と、炭素源と、反応触媒と、を混合させた液状体に溶解可能なものであるバナジウム(V)を採用した。しかし、ドーパントは、混合時に溶解不能であっても、反応触媒により反応が進行する過程で発熱する工程において、その反応熱によって溶解するものであっても良い。
【実施例】
【0035】
次いで、本発明を実施例を通してさらに具体的に説明する。
【0036】
まず、珪素源としてエチルシリケート40、炭素源としてフェノール樹脂、反応触媒としてマレイン酸をそれぞれ、1700g、460g、240gずつを混合して液状混合物を生成した。このマレイン酸の中には予め、酸化バナジウムアセチルアセトナート(バナジウム含有化合物)を0.1%、即ち、マレイン酸水溶液240g中に約0.24gの酸化バナジウムアセチルアセトナートを溶解させておいた。なお、エチルシリケート40は、エチルシリケート40中の数字「40」は、SiO分を意味し、エチルシリケート全体中にSiOが40wt%含まれることを意味する。
【0037】
液状混合物を減圧雰囲気下に配置した状態で、液状混合物に不活性ガスとしてArガスを導入しつつ排出ガスを排気した。こののち、液状混合物を乾燥および硬化させることにより固形物を生成し、この固形物を加熱して炭化および焼成することにより、炭化珪素粉体を200g生成した。
【0038】
これで得られたバナジウム含有炭化珪素粉体を用いてSiC単結晶を成長させたところ、抵抗が10×5Ω・cm以上の絶縁性SiC単結晶を得ることができた。
【符号の説明】
【0039】
7 液状混合物
19 固形物
25 炭化珪素粉体
In(G) 導入ガス(不活性ガス)
Out(G) 排出ガス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
珪素源と、炭素源と、反応触媒と、バナジウム含有化合物と、を混合させて液状混合物を生成する工程と、
前記液状混合物を減圧雰囲気下に配置した状態で、前記液状混合物に不活性ガスを導入しつつ排出ガスを排気する工程と、
前記液状混合物を乾燥および硬化させることにより固形物を生成する工程と、
前記固形物を加熱して炭化および焼成することにより、炭化珪素粉体を生成する工程と
を有することを特徴とする炭化珪素粉体の製造方法。
【請求項2】
前記バナジウム含有化合物は、酸化バナジウムアセチルアセトナートであることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素粉体の製造方法。
【請求項3】
前記反応触媒は、重合または架橋触媒であることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素粉体の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−248025(P2010−248025A)
【公開日】平成22年11月4日(2010.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−98383(P2009−98383)
【出願日】平成21年4月14日(2009.4.14)
【出願人】(000005278)株式会社ブリヂストン (11,469)
【Fターム(参考)】