中文摘要：

申请人发现碳化硅饱和的Fe-Si熔液中，碳化硅能经自发形核长大以碳化硅单晶颗粒析出。拟以Fe-Si为溶剂，开展Fe-Si助溶剂法大尺寸碳化硅单晶生长的基础研究。定量分析Fe-Si-C体系高温相平衡，确定碳硅饱和Fe-Si溶剂中碳化硅（而非单质碳）析出的热力学条件，优化熔体组成。自制同心连通梯度输运籽晶生长装置，熔体中加入细颗粒度的碳化硅，形成同心连通装置中非均质熔体区，与隔套内均质熔体区间形成等温浓度梯度，再通过温度梯度，实现籽晶面碳化硅过饱和度的有效控制，进行碳化硅单晶生长行为研究选择碳化硅籽晶及晶面，探讨不同过饱和碳化硅在籽晶晶面上生长速率、生长形貌稳定性、晶型及晶体缺陷的变化规律；研究形核长大机理，缺陷形成机理，单晶结构。优化单晶生长工艺，确定大尺寸碳化硅单晶生长条件。

结论摘要：

系统研究了C溶解M-Si(M = Fe, Co, Cr, Ti)熔体后SiC晶体的生长。热力学计算了M-Si-C相图等温截面，得到SiC晶体生长所需熔体成分范围。做了TiSi, CoSi, Co0.45Cr0.1Si0.45, Fe5Si3熔体中SiC单晶生长研究。发现在低含氧气氛中SiC以等轴多面体单晶生长；高含氧气氛则以一维SiC单晶纳米线形式生长。SiC等轴多面体单晶生长为溶质C和Si反应使SiC从熔体中析出,再以（111）面上多点二维形核和合并实现生长，形成表面均为{111}面（低能量面）的多面体单晶。一维SiC纳米线则先在熔体中产生SiC晶核，再由氧和Si和C反应产生的SiO和CO分别在（111）C面和Si面上沉积实现沿[111]方向生长，由不同反应温度，形成一维SiC纳米棒、纳米六棱柱和纳米竹节。纳米六棱柱具有周期孪晶结构，侧面为{111}小面，形成表面能最低平衡形状。可见光漫反射吸收光谱研究表面纳米棱柱具有间接半导体禁带。PL测试表明纳米棒、纳米六棱柱和纳米竹节的发光蓝移分别是表面原子无序，周期孪晶和节间原子无序导致。