Für die Herstellung von Siliciumcarbid (SiC) im Labor gibt es mehrere Methoden, darunter die chemische Hochtemperatur-Gasphasenabscheidung (HTCVD), das Sintern und das Reaktionskleben. Jede Methode hat ihre spezifischen Bedingungen und Anforderungen, die im Folgenden näher erläutert werden.
Chemische Hochtemperatur-Gasphasenabscheidung (HTCVD):
- Bei diesem Verfahren werden SiC-Kristalle in einem geschlossenen Reaktor gezüchtet, wobei die Reaktionskammer durch externe Beheizung auf Temperaturen zwischen 2000°C und 2300°C gehalten wird. Der Prozess ist eine Oberflächenreaktion, die Thermodynamik, Gastransport und Schichtwachstum umfasst. Die Schritte umfassen:
- Gemischtes Reaktionsgas erreicht die Oberfläche des Substratmaterials.
- Zersetzung des Reaktionsgases bei hohen Temperaturen, was zu einer chemischen Reaktion auf der Substratoberfläche führt und einen festen Kristallfilm bildet.
Ablösung des festen Produkts von der Substratoberfläche, wobei das Reaktionsgas kontinuierlich zugeführt wird, damit der Kristallfilm weiter wachsen kann.Sintern:
- Das Sintern ist eine gängige Methode zur Herstellung von Siliziumkarbidkeramik. Dabei wird das SiC-Pulver unter Hitze und Druck verfestigt, ohne dass der gesamte Körper schmilzt. Der Prozess kann durch die Zugabe von Sinterhilfsmitteln oder die Verwendung spezieller Atmosphären verbessert werden. Die wichtigsten Schritte sind:
- Aufbereitung von hochreinem SiC-Pulver.
Verdichtung des Pulvers in die gewünschte Form.Erhitzen des verdichteten Pulvers in einer kontrollierten Atmosphäre auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts, typischerweise etwa 2000°C bis 2300°C, um eine Verdichtung durch atomare Diffusion zu erreichen.
- Reaktionsverfestigung:
- Bei diesem Verfahren reagiert eine Siliziumschmelze mit Kohlenstoff zu SiC. Der Prozess umfasst:
Mischen einer Kohlenstoffquelle mit SiC-Pulver zur Bildung eines Grünkörpers.
Infiltrieren des Grünkörpers mit geschmolzenem Silizium bei hohen Temperaturen (über 1500°C).
