化学气相沉积技术（CVD）是应用气态物质在固体上产生化学反应和传输反应等并产生固态沉积物的一种工艺，它大致包含三步：（1）形成挥发性物质；（2）把上述物质转移至沉积区域；（3）在固体上产生化学反应并产生固态物质。最基本的化学气相沉积反应包括热分解反应、化学合成反应以及化学传输反应等。其中热解石墨坩埚和热解氮化硼坩埚都是通过该技术的热分解反应制备而成，因此这两种坩埚都有一些共性的性能特点，例如耐高温、耐磨、纯度高等。显而易见，它们最大的区别就是使用的材料不同，因此它们的制品性能也各有不同，以至于两种坩埚使用的领域也不同。

CVD-1200系统（来源：上海钜晶）

那这两种运用相同制备方法的坩埚，他们具体有何区别呢？下面我们从热解石墨坩埚和热解氮化硼坩埚的制备工艺、特点以及应用等方面来了解它们的区别。

一、热解石墨（PG）坩埚

美国Raytheon公司在1956年生产了工业规模的热解石墨制品，成功地应用于宇航工业。我国于六十年代初，开始研制热解石墨材料，我们在国内外工作的基础上，进行了热解石墨坩埚的研制和生产。相对于一般的石墨坩埚（以天然鳞片石墨为主体原料，以可塑性耐火粘土或炭质为粘结剂加工而成），热解石墨坩埚是由一种新型碳素材料——热解石墨制备而成，热解石墨是高纯碳氢气体在一定的炉压下，在1800℃～2000℃的石墨基体上经化学气相沉积出的较高结晶取向的热解碳。它具有高密度（2.20g/cm³）、高纯度（杂质含量（0.0002%）和热、电、磁、力学性能各向异性。在1800℃左右仍能维持10mmHg的真空度。因此，由该材料制备的坩埚性能更加优良，例如导热性能更好、对酸碱性的溶液耐腐蚀性能更强、表面更光滑致密、渗透性更小等，具有更广泛的应用前景。

耐高温导电热解石墨坩埚（来源：晶龙特碳）

1、制备工艺：

热解石墨坩埚不同于一般石墨坩埚。它是在高温、低压、氮气氛下，由碳氢化合物裂解后，使碳原子定向沉积在模型上，待其冷却后脱模制成。

2、主要特点：

（1）耐高温、烧蚀率低；

（2）在高温（700℃）下耐酸碱化学腐蚀；

（3）表面光滑、致密、渗透性小，易清洗去污；

（4）有一定的机械强度；

（5）纯度高，不沾污样品，可重复多次使用。

3、应用：

热解石墨坩埚不仅可用于矿物、建材、玻璃等方面试样的前处理，还可以在高纯金属氧化物制备，离子镀膜等方面应用。例如，有研究人员用热解石墨（PG）坩埚代替铂、石英等坩埚制备高纯黄色氧化铅获得理想结果。

二、热解氮化硼（PBN）坩埚：

氮化硼坩埚通常是由PBN组成的。PBN陶瓷具有良好的耐热性、热稳定性、导热性、高温介电强度，是理想的散热材料和高温绝缘材料。

氮化硼粉体

介于PBN优秀的化学稳定性，它能抵抗大部分熔融金属的浸蚀，又因为上述中的高温绝缘特性、导热性高、热膨胀性低性能，最适合作为在半导体制程等严格的环境条件下所使用的材料。PBN坩埚常用于熔炼金属及半导体，它在真空下的使用温度高达1800度，气氛保护下使用温度最高可达2100℃，一般用氮气或者氩气保护（气氛保护是为了不使坩锅氧化）。

1、制备工艺：

（1）使含硼的气体化合物和含氮气体在真空条件下在加热的模芯上进行化学气相沉积反应以获得预涂层；

（2）获得预涂层后，停止化学气相沉积反应并保持恒温；

（3）保持恒温后，继续进行化学气相沉积反应，得到具有预涂层的热解氮化硼坩埚；

（4）去除预涂层，获得热解氮化硼坩埚。

氮化硼坩埚制备工艺

2、主要特点：

（1）有极好的化学和热稳定性。在高温下与大多数熔融金属、半导体不发生化学反应；
（2）热解氮化硼坩埚致密度高，无气孔；

（3）可反复使用多次，容易清洗；

（4）在力学、热学和电学等性能方面有明显的各向异性，同时还具有透微波和红外线的良好性能；

（5）高温绝缘性能良好。

3、应用：

由于PBN坩埚不必经过传统的热压烧结过程，无须添加任何烧结剂，因此具有很高的纯度（99.99%以上），在真空下的使用温度高达1800度，气氛保护下使用温度最高可达2100℃，（一般用氮气或者氩气），使用在蒸镀/分子束磊晶（MBE)/GaAs长晶等用途居多。另外，因沉积速度很慢，因此PBN坩埚价格相当昂贵，多为小尺寸坩埚。

总结：

热解石墨坩埚和热解氮化硼坩埚由于使用的制备技术相同，所以有一些相同的性能特点，但由于材料不同，导致其各有独特的性能和应用，比如热解石墨坩埚，拥有烧蚀率低、在高温（700℃）下耐酸碱化学腐蚀、致密、渗透性小、易清洗去污等特点，可以用作矿物原料、建筑材料、高纯材料、粮食和饲料等试样的分析器皿，还可部分代替铂、银、镍、刚玉、聚四氟乙烯及石墨等材料的坩埚制品。

而热解氮化硼坩埚由于化学纯度高、具有良好的导热性和绝缘性、有着明显的各向异性、并可进行加工等特点，可用于蒸镀/分子束外延用/液相外延用/砷化镓单晶制备等用途，在许多尖端材料制备领域也有着不可替代的作用。例如，热解氮化硼坩埚在CdZnTe晶体生长中更具优势，热解氮化硼坩埚的性能优异，且与CdZnTe不发生反应，浸润角大，这些性能都更有利于高质量CdZnTe单晶体的制备，该晶体被广泛用作红外探测器HgCdTe的外延衬底和室温核辐射探测器等。

总之，热解石墨坩埚和热解氮化硼坩埚都各有各的优势和特点，都在各自的领域发光发热，在应用时大家可根据自身的需求选择。小编才疏学浅，若有遗漏或错误，也欢迎各位指正，谢谢！

来源参考：

1..热解石墨坩埚的应用，张恩慈，吴贤欣（岩矿测试）；

2.热解氮化硼坩埚材料生长与性能，赵凤鸣（半导体情报）。

粉体圈 芷凌整理

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