CN105256371B - 一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，包括晶体生长炉，所述晶体生长炉包括射频电源、接触电极、线圈、保温层和石墨坩埚，所述线圈以水平轴对称方式均匀布置在所述保温层外侧，另外，该线圈可通过旋转装置实现绕保温层旋转。本发明通过改变线圈围生长炉缠绕方式来提高生长炉温场的均匀性，本发明线圈可采用单根或多跟线缠绕成线圈，并保证线圈以水平轴对称方式围绕生长炉布置，有助于降低线圈因螺旋布置引起的较大的生长炉轴向温度梯度。另外，射频电源与线圈以自由接触方式相连，使得线圈可以围绕生长炉旋转，实现对生长炉的三维均匀加热，提高生长炉温场均匀性。

Description

一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置

技术领域

本发明涉及一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，属于晶体生长炉技术领域。

背景技术

碳化硅晶体、氮化铝晶体具有禁带宽、导热率高、击穿电场高等性能，适合制备耐高压、高频、高温的微电子器件，广泛应用于照明、航空航天、雷达探测等领域。物理气相传输(PVT)法是生长碳化硅晶体、氮化铝晶体的主要方法，通过射频感应石墨坩埚为生长炉提供热源。目前，为降低晶体内部的微管、位错等缺陷，提高晶体质量，优化生长炉温场、降低生长炉的温度梯度是目前工艺改进的主要方向。

传统生长炉优化方案重点改善生长炉结构及操作工艺，忽略了线圈绕生长炉缠绕方式及其固定方式对温度场均匀性的影响，对这一影响的认识仍处于生产经验阶段，对提高石墨坩埚内温度梯度分布均匀性受到一定的限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置。

本发明的技术方案如下：

一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，包括晶体生长炉，所述晶体生长炉包括射频电源、接触电极、线圈、保温层和石墨坩埚；所述线圈以水平轴对称方式均匀布置在所述保温层外侧。

优选的，所述线圈的数量为单根，所述单根线圈以弓字型方式缠绕在保温层外侧。

优选的，所述线圈的数量为两根，所述两根线圈分别以弓字型方式缠绕并对称设置在保温层的外侧。

优选的，所述晶体生长炉还包括旋转装置，所述线圈设置在旋转装置上，所述旋转装置带动线圈转动。

优选的，所述旋转装置包括依次连接的托盘、支架及动力输出机构，所述线圈设置在托盘上。

优选的，所述动力输出机构为电机。

优选的，所述接触电极与线圈接触式连接。此设计的好处在于，电极与线圈活动接触，方便线圈绕保温层旋转，实现对生长炉的均匀加热。

优选的，所述晶体生长炉还包括升降机构，所述升降机构与托盘底部连接，所述升降机构推动托盘实现线圈整体上下移动。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过改变线圈围生长炉缠绕方式来提高生长炉温场的均匀性，与传统生长炉单根线圈螺旋缠绕方式相比，本发明线圈可采用单根或多跟线缠绕成线圈，并保证线圈以水平轴对称方式围绕生长炉布置，有助于降低线圈因螺旋布置引起的较大的生长炉轴向温度梯度。

2.本发明射频电源与线圈以自由接触方式相连，使得线圈可以围绕生长炉旋转，该工艺能够达到提高生长炉温场均匀性的目的。一方面，本发明改变传统生长炉射频电源与线圈固定连接方式，利用接触电极保证射频电源与线圈自由接触，优化线圈通电方式；另一方面，与传统生长炉线圈静止布置方式相比，本发明线圈可经由线圈旋转控制机构带动线圈围绕生长炉转动，实现对生长炉的三维均匀加热，提高生长炉温场均匀性。

附图说明

图1为本发明提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置的结构示意图。

图2为本发明中单根线圈水平轴对称缠绕的展开示意图。

图3为本发明中两根线圈水平轴对称缠绕的展开示意图。

其中：1、射频电源；2、接触电极；3、线圈；4、保温层；5、石墨坩埚；6、升降机构；7、动力输出机构；8、托盘；9、生长炉。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图3和图1所示，本实施例提供一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，包括晶体生长炉，该晶体生长炉包括射频电源1、接触电极2、线圈3、保温层4和石墨坩埚5，射频电源1通过接触电极2与线圈3接触式连接，在石墨坩埚5外设置有保温层4，保温层4外侧缠绕设置线圈3，线圈3以水平轴对称方式均匀布置在所述保温层4外侧。

线圈3的数量为单根，该单根线圈以弓字型方式缠绕在保温层外侧。单根线圈由上至下先缠绕保温层外侧的半圈，然后单根线圈从下至上缠绕保温层外侧的另外半圈，具体操作方法：单根线圈顺时针水平缠绕第一个半圈，然后竖直向下延伸一段，接着逆时针水平缠绕第二个半圈，然后竖直向下延伸一段，再接着顺时针水平缠绕第三个半圈，依次类推形成弓字形缠绕，缠绕到底部后，再从底部由下而上以相同的方式缠绕保温层另外一侧的半圈。

该晶体生长炉还包括旋转装置，该旋转装置包括依次连接的托盘8、支架及动力输出机构7，线圈设置在托盘8上。托盘8的底部固定连接支架，支架的末端连接动力输出机构，动力输出机构7选用电机。

在线圈的上端，接触电极2与线圈3接触使连接，当线圈3绕保温层旋转时，接触电极2时刻保持与线圈3接触式连接。

该晶体生长炉还包括升降机构6，该升降机构为现有技术，升降机构6与托盘8的底部连接，升降机构与旋转装置相互独立、各自工作。升降机构通过向上推动托盘或向下拉动托盘来实现线圈整体上下移动。

实施例2：

本实施例提供一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：线圈3的数量为两根，将两根线圈分别以弓字型方式缠绕并对称设置在保温层4的外侧。线圈的数量也可以是三根或更多根，具体线圈的数量根据生长炉的大小规格来选择。

本实施例采用两根线圈，每根线圈的弯折方法一样，在两根线圈的对称中心处，一根线圈的空缺位置会被另一根所补充，如图3中圆圈标示处，这样炉内温度相对于单根线圈会更均匀；而单根线圈展开图为中心对称，且在中心位置的线圈弯折相对集中，如图2中圆圈标示处，该部位可以导致炉内弯折处的温度偏高。

本发明通过对传统晶体生长炉的线圈缠绕方式做出改进，并通过旋转装置使线圈绕保温层实现旋转加热，实现对生长炉的三维均匀加热，提高了晶体生长炉温场均匀性。

Claims (6)

1.一种提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，包括晶体生长炉，所述晶体生长炉包括射频电源、接触电极、线圈、保温层和石墨坩埚，其特征在于，所述线圈以水平轴对称方式均匀布置在所述保温层外侧；

所述线圈的数量为单根，所述单根线圈以弓字型方式缠绕在保温层外侧；

或

所述线圈的数量为两根，所述两根线圈分别以弓字型方式缠绕并对称设置在保温层的外侧。

2.如权利要求1所述的提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述晶体生长炉还包括旋转装置，所述线圈设置在旋转装置上，所述旋转装置带动线圈转动。

3.如权利要求2所述的提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述旋转装置包括依次连接的托盘、支架及动力输出机构，所述线圈设置在托盘上。

4.如权利要求3所述的提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述动力输出机构为电机。

5.如权利要求1所述的提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述接触电极与线圈接触式连接。

6.如权利要求3所述的提高物理气相传输法晶体生长炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述晶体生长炉还包括升降机构，所述升降机构与托盘底部连接，所述升降机构推动托盘实现线圈整体上下移动。