CN109355707A - 一种c轴取向的碳化硅磁控溅射系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统及方法，其包括至少三个加热单元，一控制PC机，一加热电路。加热单元包括第一钨环(1)、铜制正电极(2)、铜制负电极(3)、安装孔(4)、若干钨杆(5)、第二钨环(6)；钨环均是两个半圆环型的钨加热管，第一钨环的两个半圆的同一侧接头接入铜制正电极，钨杆均竖直且同等长度，且均匀地焊接连接两钨环之间，第二钨环的两个半圆环型钨加热管接入铜制负电极(3)；三个加热单元在Z轴方向上下排列放置，俯视投影重叠，且两两之间由瓷质圆环垫圈承托并隔离。

Description

一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统及方法
技术领域
本发明涉及碳化硅晶体相关技术领域，具体为一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统及方法。
背景技术
目前国内外一般都是A向生长碳化硅，只能横向掏棒，而且中心气泡柱难以控制，导致材料利用率较低。A轴取向的碳化硅较为容易制成，C轴取向的碳化硅才能满足LED的使用要求，且能够竖向掏棒，成品率高。而设计一种独特的磁控溅射系统和方法对于C轴取向的碳化硅非常必要。
现有的C轴取向碳化硅问题在于：在靠优秀引晶人员的手动控制之外，缺乏能够切实保证晶体生长的自动系统或辅助手段。目前现有技术很多人员意识到了C轴取向生长碳化硅的要点在于阶梯式控温，但是目前还没有人提出简单有效的阶梯控温的方式。一般的溅射加热装置分两种，一种是全包围式的鸟笼式加热器，这种可以保证温度的均一，但是由于各处温度都一样，无法实现梯度加热，二是在侧方竖立竖直的加热板，这种方式也无法实现梯度加热，例如如果四面各设置一个加热板，则如果设计加热板不同温度，则形成向侧方的梯度温度场，是无法适于形成有序晶体的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现在俯视方向上，即上下或下上不同的梯度温度场，提供一种切实可行的C轴取向的碳化硅磁控溅射系统及方法，以解决现有的C轴取向碳化硅缺乏能够切实保证晶体生长的俯视方向不同温度的梯度磁控溅射系统的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统，其特征在于，包括:至少三个加热单元，一控制PC机，一加热电路。所述加热单元包括第一钨环、铜制正电极、铜制负电极、安装孔、若干钨杆、第二钨环。
所述第一钨环和第二钨环均是由在单一水平面内放置的两个半圆环型导电的钨加热管组成，第一钨环的两个半圆环型钨加热管的同一侧接头接入铜制正电极，所述若干钨杆均竖直且同等长度，且均匀地焊接连接在所述第一钨环和第二钨环之间，第二钨环的两个半圆环型钨加热管的与第一钨环的铜制正电极俯视投影异侧的接头接入铜制负电极。
所述三个加热单元在Z轴方向上下排列放置，俯视投影重叠，且两两加热单元之间由瓷质圆环垫圈承托并隔离。所述俯视投影重叠的三个加热单元的外面有圆柱形的带有保温层的外壳，内有磁控溅射腔，磁控溅射腔之外，三个加热单元还具有耐热合金的微孔防溅层，所述微孔防溅层上均匀分布有100-500um的微孔。
优选地，所述第一钨环和第二钨环在铜制正电极、铜制负电极连接的相对位置安装一个与电极大小相仿的瓷绝缘座；所述钨杆设置为竖直结构，且钨杆设置为空芯结构，所述均匀的焊接连接，是指在俯视方向上相对圆心基本以等角度相间隔；所述瓷质圆环垫圈的上表面有适于上面的加热单元的第二钨环卡入的上凹槽，所述瓷质圆环垫圈的下表面有适于下面的加热单元的第一钨环卡入的下凹槽；最下面的加热单元卡的第二钨环卡入底座上的底座槽内；所述第一钨环和第二钨环以及若干钨杆是空心结构。
一种C轴取向的碳化硅控温方法，其依据前所述的一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统以实施，其特征在于，包括以下步骤。
1)预备步骤：焊接连接好至少三个加热单元，检查每个加热单元的第一钨环和第二钨环以及若干钨杆的连接情况，用触笔确认导通，取比加热单元数量少一个的瓷质圆环垫圈，以加热单元与瓷质圆环垫圈在Z轴方向相互交替叠放的形式叠放，每个瓷质圆环垫圈的上凹槽和下凹槽均卡入钨环，形成加热单元序列。
2)试车准备步骤：将加热单元序列放入溅射装置，将待溅射体槽，置于加热单元序列正中，连接每个加热单元的正负极，接入电路，通过控制PC机上的控制系统设定加温程序，所述加温程序包含每个时间段每一个加热与否以及加热的功率值。
3)试车步骤：封闭溅射装置，在每一个加热单元侧方邻近处配一个测温热电偶，按照加温程序执行加温，用溅射装置内的各个测温热电偶检测每一个加热单元的温度走势，观察其与加温程序的符合程度，温度误差极值不超过3％的情况下，进入步骤(4)，温度误差极值达到或超过3％的情况下，微调每一个加热单元的功率值实际认定系数，返回步骤(2)修正加温程序。
4)溅射与温控步骤：封闭溅射装置，在待溅射体槽中通过磁控溅射使得晶体向Z轴方向生长，随着晶体的生长，按照加温程序执行加温，执行C轴取向的碳化硅控温生长。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该C轴取向的碳化硅磁控溅射系统及方法实现了上下不同梯度的加热，可以适于生成溅射体；每个加热单元都可以单独加入负载加热，而不同的加热单元的温度不同，便于使同一高度的晶体温度相同，在需要生成梯度晶体时，在晶体生长至上方时，也可降低下方加热器的电压负载，或者停止加热，因为此时对于上方晶体生长部分加热已经不需要了，上方的若干块加热器已经够用，这时既有利于节约能源，又防止过度加热使得晶体开裂/位错等。本申请利用分离的加热单元，以及中间的瓷质圆环垫圈实现了这种加热的分离，现有技术没有公开或启示。现有技术中鸟笼式加热器，其只能实现全部均一的加热温度。
附图说明
图1为本发明俯视结构示意图；
图2为本发明侧面平视结构示意图；
图3为本发明整体侧面结构示意图。
图中：1、第一钨环，2、铜制正电极，3、铜制负电极，4、安装孔，5、若干钨杆，6、第二钨环，7、瓷绝缘座,8、瓷质圆环垫圈,9、底座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统，其特征在于，包括:至少三个加热单元，一控制PC机，一加热电路。所述加热单元包括第一钨环1、铜制正电极2、铜制负电极3、安装孔4、若干钨杆5、第二钨环6。
所述第一钨环1和第二钨环6均是由在单一水平面内放置的两个半圆环型导电的钨加热管组成，第一钨环的两个半圆环型钨加热管的同一侧接头接入铜制正电极2，所述若干钨杆5均竖直且同等长度，且均匀地焊接连接在所述第一钨环1和第二钨环6之间，第二钨环的两个半圆环型钨加热管的与第一钨环的铜制正电极2俯视投影异侧的接头接入铜制负电极3。
所述三个加热单元在Z轴方向上下排列放置，俯视投影重叠，且两两加热单元之间由瓷质圆环垫圈8承托并隔离。所述俯视投影重叠的三个加热单元的外面有圆柱形的带有保温层的外壳，内有磁控溅射腔，磁控溅射腔之外，三个加热单元还具有耐热合金的微孔防溅层，所述微孔防溅层上均匀分布有100-500um的微孔。
优选地，所述第一钨环1和第二钨环6在铜制正电极2、铜制负电极3连接的相对位置安装一个与电极大小相仿的瓷绝缘座7；所述钨杆5设置为竖直结构，且钨杆5设置为空芯结构，所述均匀的焊接连接，是指在俯视方向上相对圆心基本以等角度相间隔；所述瓷质圆环垫圈的上表面有适于上面的加热单元的第二钨环卡入的上凹槽，所述瓷质圆环垫圈的下表面有适于下面的加热单元的第一钨环卡入的下凹槽；最下面的加热单元卡的第二钨环卡入底座9上的底座槽内；所述第一钨环1和第二钨环6以及若干钨杆5是空心结构。
一种C轴取向的碳化硅控温方法，其依据前所述的一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统以实施，其特征在于，包括以下步骤。
1)预备步骤：焊接连接好至少三个加热单元，检查每个加热单元的第一钨环(1)和第二钨环(6)以及若干钨杆的连接情况，用触笔确认导通，取比加热单元数量少一个的瓷质圆环垫圈，以加热单元与瓷质圆环垫圈在Z轴方向相互交替叠放的形式叠放，每个瓷质圆环垫圈的上凹槽和下凹槽均卡入钨环，形成加热单元序列。
2)试车准备步骤：将加热单元序列放入溅射装置，将待溅射体槽，置于加热单元序列正中，连接每个加热单元的正负极，接入电路，通过控制PC机上的控制系统设定加温程序，所述加温程序包含每个时间段每一个加热与否以及加热的功率值。
3)试车步骤：封闭溅射装置，在每一个加热单元侧方邻近处配一个测温热电偶，按照加温程序执行加温，用溅射装置内的各个测温热电偶检测每一个加热单元的温度走势，观察其与加温程序的符合程度，温度误差极值不超过3％的情况下，进入步骤(4)，温度误差极值达到或超过3％的情况下，微调每一个加热单元的功率值实际认定系数，返回步骤(2)修正加温程序。
4)溅射与温控步骤：封闭溅射装置，在待溅射体槽中通过磁控溅射使得晶体向Z轴方向生长，随着晶体的生长，按照加温程序执行加温，执行C轴取向的碳化硅控温生长。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统，其特征在于，包括:
至少三个加热单元，一控制PC机，一加热电路；
所述加热单元包括第一钨环(1)、铜制正电极(2)、铜制负电极(3)、安装孔(4)、若干钨杆(5)、第二钨环(6)；
所述第一钨环(1)和第二钨环(6)均是由在单一水平面内放置的两个半圆环型导电的钨加热管组成，第一钨环的两个半圆环型钨加热管的同一侧接头接入铜制正电极(2)，所述若干钨杆(5)均竖直且同等长度，且均匀地焊接连接在所述第一钨环(1)和第二钨环(6)之间，第二钨环的两个半圆环型钨加热管的与第一钨环的铜制正电极(2)俯视投影异侧的接头接入铜制负电极(3)；
所述三个加热单元在Z轴方向上下排列放置，俯视投影重叠，且两两加热单元之间由瓷质圆环垫圈(8)承托并隔离；
所述俯视投影重叠的三个加热单元的外面有圆柱形的带有保温层的外壳，内有磁控溅射腔，磁控溅射腔之外，三个加热单元还具有耐热合金的微孔防溅层，所述微孔防溅层上均匀分布有100-500um的微孔。
2.根据权利要求1所述的一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统，其特征在于：
所述第一钨环(1)和第二钨环(6)在铜制正电极(2)、铜制负电极(3)连接的相对位置安装一个与电极大小相仿的瓷绝缘座(7)；
所述钨杆(5)设置为竖直结构，且钨杆(5)设置为空芯结构，所述均匀的焊接连接，是指在俯视方向上相对圆心基本以等角度相间隔；
所述瓷质圆环垫圈的上表面有适于上面的加热单元的第二钨环卡入的上凹槽，所述瓷质圆环垫圈的下表面有适于下面的加热单元的第一钨环卡入的下凹槽；最下面的加热单元卡的第二钨环卡入底座上的底座槽内；
所述第一钨环(1)和第二钨环(6)以及若干钨杆(5)是空心结构。
3.一种C轴取向的碳化硅控温方法，其依据权利要求2所述的一种C轴取向的碳化硅磁控溅射系统以实施，其特征在于，包括以下步骤：
1)预备步骤：焊接连接好至少三个加热单元，检查每个加热单元的第一钨环(1)和第二钨环(6)以及若干钨杆的连接情况，用触笔确认导通，取比加热单元数量少一个的瓷质圆环垫圈，以加热单元与瓷质圆环垫圈在Z轴方向相互交替叠放的形式叠放，每个瓷质圆环垫圈的上凹槽和下凹槽均卡入钨环，形成加热单元序列；
2)试车准备步骤：将加热单元序列放入溅射装置，将待溅射体槽，置于加热单元序列正中，连接每个加热单元的正负极，接入电路，通过控制PC机上的控制系统设定加温程序，所述加温程序包含每个时间段每一个加热与否以及加热的功率值；
3)试车步骤：封闭溅射装置，在每一个加热单元侧方邻近处配一个测温热电偶，按照加温程序执行加温，用溅射装置内的各个测温热电偶检测每一个加热单元的温度走势，观察其与加温程序的符合程度，温度误差极值不超过3％的情况下，进入步骤(4)，温度误差极值达到或超过3％的情况下，微调每一个加热单元的功率值实际认定系数，返回步骤(2)修正加温程序；
4)溅射与温控步骤：封闭溅射装置，在待溅射体槽中通过磁控溅射使得晶体向Z轴方向生长，随着晶体的生长，按照加温程序执行加温，执行C轴取向的碳化硅控温生长。
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