摘要
SiC单晶作为性能优异的第三代半导体材料，现今在半导体及相关领域占据举足轻重的地位，而为了提高SiC单晶产品品质及良品率，除了需要合适的单晶生长工艺外，由于其单晶生长温度高达2400℃以上，对工艺设备，特别对SiC单晶生长所必需的石墨托盘及SiC单晶生长炉内的石墨坩埚等相关石墨部件洁净程度有着极为苛刻的要求——这些石墨件给SiC单晶引入的杂质需控制在ppm级以下，因此必须在这些石墨件表面制备耐高温防污染涂层，否则石墨因其晶体层间弱键力及内含杂质，很容易导致SiC单晶被污染。而TaC作为一种性能优异的过渡金属碳化物，熔点高达3880℃，且高温物化性能稳定，不与SiC和石墨反应，同时与石墨热匹配性好，是上述SiC单晶生长所需石墨件的理想防污染涂层材料。本文的主要目的就在于研究在石墨基体表面制备TaC涂层的工艺及涂层性能。 本文采用TaCl5-C3H6-H2-Ar反应体系，通过化学气相沉积（CVD）工艺在石墨表面制备TaC涂层，并系统地研究了沉积温度、沉积压力、H2与C3H6之比对CVDTaC涂层的沉积速率、物相组成、微观形貌等方面的影响，最终获得了最佳的TaC沉积工艺：沉积温度为1350℃、沉积压力为1700Pa、H2与C3H6流量比为7.50、TaCl5略过量。此工艺条件下制备的TaC涂层品质最优：涂层光滑致密，具有（200）晶面择优取向。 本文还研究了氧等离子处理的石墨基底对TaC涂层样品的影响。首先探讨了氧等离子处理时间对石墨基底的影响，并采用前文所述的最佳工艺对经过氧等离子处理和未处理的两种石墨片进行TaC涂层沉积，最后对所得样品进行沉积速率、组成、形貌及性能等表征、测试和分析讨论。研究结果表明：最好的氧等离子处理时间是10min，经过氧等离子处理的石墨片所制备的TaC涂层具有更高的沉积速率，为1.02μm/h，更高的硬度，为18.61Gpa，以及更高的弹性模量，为291.45GPa，抗氧化性能也得到提高，但是其抗热震性能变差。
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