CN109629001A - 碳化硅单晶生长装置及碳化硅单晶制备设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碳化硅单晶生长装置及碳化硅单晶制备设备，属于晶体生长领域。所述碳化硅单晶生长装置包括生长容器、生长基座和缓气机构；所述生长容器底部设置有容置空间，所述容置空间内用于放置碳化硅粉料；所述生长基座设置在所述生长容器的顶部，用于在所述生长基座上生长碳化硅单晶；所述缓气机构设置在所述生长容器内，位于所述容置空间与生长基座之间的位置处；且所述缓气机构上具有气体通道，以使生长气氛能经所述气体通道到达所述生长容器顶部的生长基座处。所述碳化硅单晶制备设备包括上述碳化硅单晶生长装置。上述碳化硅单晶生长装置及碳化硅单晶制备设备制备出的碳化硅单晶品质更好，且产量更高。

Description

碳化硅单晶生长装置及碳化硅单晶制备设备

技术领域

本发明涉及晶体生长领域，尤其是涉及一种碳化硅单晶生长装置，以及包括该碳化硅单晶生长装置的碳化硅单晶制备设备。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶材料是制备高温、高频、高功率和抗辐射半导体器件的理想衬底材料，在混合动力汽车、高压输电、LED照明和航空航天等领域得到广泛应用。碳化硅单晶几乎不会以天然状态出现，而只能通过合成的方法获得碳化硅单晶。

现有技术中一般通过物理气相沉积的方式获得碳化硅单晶。依照该方法制备碳化硅单晶的设备包括生长容器，生长容器一般为坩埚，器材质一般为石墨，其包括生长容器体和生长容器盖，生长容器盖能够盖合在生长容器体上，从而在生长容器内形成密闭的生长空间。生长容器的底部用于放置碳化硅粉料，顶部则设置有生长基座；生长基座上用于固定碳化硅籽晶，且具有碳化硅单晶的生长面。具体制备碳化硅单晶的大致过程为：首先以感应加热的方式使石墨生长容器发热，并使石墨生长容器在竖直方向上形成温度梯度，且底部的温度高，而顶部的温度低；在石墨生长容器底部的温度达到一定温度(例如2100℃)时(且符合其他相应条件，如低压等)，碳化硅粉料会升华形成碳化硅单晶的生长气氛，其气相组分包括气态的Si、Si₂C、SiC₂等，该气相组分会上升；当上升至生长容器顶部时，由于顶部的温度较低，在碳化硅籽晶处就会结晶形成碳化硅单晶。

但在以上述制备碳化硅单晶的过程中，会存在以下问题：

碳化硅粉料在升华为气体时，会发生非化学计量比的分解。具体地，在碳化硅单晶的生长前期，生长气氛的组分中富硅；一方面使得生长面上易形成硅滴，从而会导致微管和多型的转变；另一方面又导致碳化硅粉料的石墨化，从而在生长的中期/中后期，会形成碳颗粒，这些碳颗粒会被气相组分吹动上升粘附到晶体生长面，从而导致碳包裹物的形成。而在生长的后期，生长气氛的组分富碳，这些富碳的气相组分上升至晶体生长面时，会将已经生长的碳化硅单晶中的硅原子析出，从而导致碳化硅单晶表面的石墨化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅单晶生长装置及一种包括该碳化硅单晶生长装置的碳化硅单晶制备设备，以改善或缓解现有技术中存在的上述技术问题。

本发明提供的碳化硅单晶生长装置，其包括生长容器、生长基座和缓气机构；所述生长容器底部设置有容置空间，所述容置空间内用于放置碳化硅粉料；所述生长基座设置在所述生长容器的顶部，用于在所述生长基座上生长碳化硅单晶；所述缓气机构设置在所述生长容器内，位于所述容置空间与生长基座之间的位置处；且所述缓气机构上具有气体通道，以使生长气氛能经所述气体通道到达所述生长容器顶部的生长基座处。

其中，所述缓气机构为环形，所述缓气机构的外周缘与所述生长容器的内壁相接，所述缓气机构的环孔形成所述气体通道。

其中，沿竖直由下至上方向，所述缓气机构的环孔的孔径递减。

其中，所述缓气机构上的气体通道的数量为多个，且多个气体通道在所述缓气机构上均匀分布。

其中，所述缓气机构包括多个块，相邻的两个块之间具有构成气体通道的间隙。

其中，所述碳化硅单晶生长装置还包括导流机构，所述导流机构设置在所述生长容器内，且位于所述缓气机构与所述生长基座之间，用于将碳化硅粉料升华产生的气体引导向到所述生长基座方向。

其中，所述导流机构的下端与所述缓气机构接触；所述导流机构上设置有导流孔，所述导流孔的下端与所述缓气机构的气体通道相接，上端朝向所述生长基座。

其中，所述缓气机构的表面具有保护层，所述保护层的材质为碳化钨、碳化铌或碳化钽。

其中，所述导流机构的表面具有保护层，所述保护层的材质为碳化钨、碳化铌或碳化钽。

本发明提供的碳化硅单晶制备设备，其包括上述碳化硅单晶生长装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的碳化硅单晶生长装置，其包括生长容器、生长基座和具有气体通道的缓气机构，且缓气机构设置在容置空间和生长基座之间。这样首先在碳化硅单晶的生长前期，通过在缓气机构处形成硅滴，一方面，减少在生长基座的生长面上形成硅滴；另一方面，缓气机构上形成的硅滴滴入到碳化硅粉料上，可以再度用于碳化硅单晶的生长制备，从而能够提高碳化硅单晶的产量。其次，在碳化硅单晶的生长中期及中后期，在缓气机构上形成碳包裹物，减少在生长基座的生长面上形成碳包裹物，从而可以改善获得的碳化硅单晶的品质。第三，在碳化硅单晶的生长后期，碳化硅粉料升华产生的富碳气体可以从缓气机构上在生长前期形成的碳化硅晶体中将硅原子析出，一方面，可以避免生长基座的生长面上生长出的碳化硅单晶中的硅原子被析出而发生碳化，以及减少碳原子在生长基座的生长面上的附着，从而改善碳化硅单晶的品质；另一方面，补充了硅原子的气体可以继续在生长基座的生长面上形成碳化硅单晶，从而提高碳化硅单晶的产量。

本发明提供的碳化硅单晶制备设备，其包括上述碳化硅单晶生长装置，因此，其同样具有上述碳化硅单晶生长装置所具有的各有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第一实施方式的第一实施例中的立体剖视示意图；

图2为图1所示碳化硅单晶生长装置的平面剖视示意图；

图3为图2所示碳化硅单晶生长装置中缓气机构的结构示意图；

图4为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第一实施方式的第二实施例中的立体剖视示意图；

图5为图4所示碳化硅单晶生长装置的平面剖视示意图；

图6为图5所示碳化硅单晶生长装置中缓气机构的结构示意图；

图7为本发明提供的碳化硅单晶生长装置的第一实施方式的一个其他实施例中缓气机构的结构示意图；

图8为本发明提供的碳化硅单晶生长装置的第一实施方式的另一个其他实施例中缓气机构的结构示意图；

图9为本发明提供的碳化硅单晶生长装置的第一实施方式的另一个其他实施例中缓气机构的结构示意图；

图10为本发明提供的碳化硅单晶生长装置的第一实施方式的另一个其他实施例中缓气机构的结构示意图；

图11为本发明提供的碳化硅单晶生长装置的第一实施方式的另一个其他实施例中缓气机构的结构示意图；

图12为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第二实施方式的第一实施例中的立体剖视示意图；

图13为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第二实施方式的第二实施例中的立体剖视示意图；

图14为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第三实施方式的第一实施例中的立体剖视示意图；

图15为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第三实施方式的第二实施例中的立体剖视示意图；

图16为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第四实施方式的第一实施例中的立体剖视示意图；

图17为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第四实施方式的第二实施例中的立体剖视示意图；

图18为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第四实施方式的第三实施例中的立体剖视示意图；

图19为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第四实施方式的第四实施例之一的立体剖视示意图；

图20为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第四实施方式的第四实施例之二的立体剖视示意图；

图21为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第四实施方式的第五实施例之一的立体剖视示意图；

图22为本发明提供的碳化硅单晶生长装置在其第四实施方式的第五实施例之二的立体剖视示意图。

图标：10：生长容器；11：容置空间；12：凸出体；13：生长容器体；14：上侧壁；15：生长容器盖；16：下生长容器体；17：上生长容器体；20：生长基座；30：缓气机构；31：气体通道；40：导流机构；41：导流孔；

130：底壁；131：下侧壁；

160：底壁；161：下侧壁；170：上侧壁；171：生长容器盖。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种碳化硅单晶生长装置，下面给出碳化硅单晶生长装置的多个实施方式，以使本领域技术人员能够实现该碳化硅单晶生长装置。

(一)碳化硅单晶生长装置的第一实施方式

在碳化硅单晶生长装置的第一实施方式中，如图1所示，碳化硅单晶生长装置包括生长容器10、生长基座20和缓气机构30。生长容器10底部设置有容置空间11，所述容置空间11内用于放置碳化硅粉料。生长基座20设置在生长容器10的顶部，用于在生长基座20上生长碳化硅单晶。缓气机构30设置在生长容器10内，位于容置空间11与生长基座20之间的位置处。缓气机构30上具有气体通道31，以使生长气氛能经气体通道31到达生长容器10顶部的生长基座20处。

具体地，在本实施方式的第一实施例中，如图1、图2和图3所示，缓气机构30为环形工件，其外周缘与生长容器10的内壁相接，并在与生长容器10的相接处固定设置在生长容器10内。缓气机构30的外周缘与生长容器10的内壁相接是指在缓气机构30在完整的周向上与生长容器10内壁之间不存在明显使气体能够通过的间隙等结构；当然，由于密封工艺水平等因素而可能出现的细小间隙除外。而缓气机构30与生长容器10之间的固定的具体方式为：生长容器10内具有一周向凸缘，如图2所示，缓气机构30置于该周向凸缘上，从而该周向凸缘将缓气机构30支撑住，使缓气机构30被固定于生长容器10内。

如图2和图3所示，缓气机构30中部具有贯通的环孔，该环孔形成气体通道31。此处，环孔所在的“中部”并非一定是缓气机构30的正中心位置，其还可以处于偏心的位置。当然，在本实施例中，优选该环孔处于大致中心或正中心的位置。

下面结合附图对本实施例中碳化硅单晶生长装置制备碳化硅单晶的过程和原理进行详细描述。

首先，在生长容器10内构建实现碳化硅单晶生长的环境，主要包括高温和低压等方面。以温度为例，生长容器10内的温度一般应达到2100℃以上，且在竖直方向上具有温度梯度，且生长容器10底部的温度高，而顶部的温度低。由此可知，缓气机构30处的温度低于容置空间11处的温度，而生长基座20处的温度则低于缓气机构30和容置空间11处的温度。

在生长容器10内具有了满足碳化硅单晶生长的环境之后，在高温、低压等影响下，放置于生长容器10底部的容置空间11内的碳化硅粉料会发生升华，产生气体，该气体的气相组分包括S i、S i _xC_y。

如背景技术部分所述，碳化硅粉料在升华产生气体时，其过程为非化学计量比分解升华。在碳化硅单晶生长前期，所生成的气体的气相组分中富硅，即气相组分中包含S i和S i _xC_y(x＞y)。在气体上升过程中，会首先经过缓气机构30所在位置，然后通过缓气机构30上的气体通道31继续上升，到达生长基座20处。

在经过缓气机构30处时，由于缓气机构30处的温度比容置空间11处的温度更低，富硅的气相组分在与缓气机构30接触时会在缓气机构30的底面上形成硅滴；同时也会结晶形成碳化硅晶体。

而由于生长基座20处的温度更低，上升到生长基座20处的气相组分也会在生长基座20的生长面上结晶生长，形成碳化硅单晶。并且，由于生长基座20处的温度相较缓气机构30处的温度更低，生长基座20上晶体生长速率会比缓气机构30上的晶体生长速率更高。

在上述过程中，缓气机构30的底面上形成硅滴，一方面，这样可以使气相组分中的硅的比例下降，从而使通过缓气机构30上的气体通道31上升到生长基座20处的气相组分更接近碳化硅的化学计量比，从而减少或避免在生长基座20的碳化硅单晶的生长面上形成硅滴。另一方面，在缓气机构30的底面上形成的硅滴在重力的作用下也会滴入到碳化硅粉料上，对碳化硅粉料中流失较多的硅进行补充，从而可以在碳化硅单晶的生长中期和后期能够使碳化硅粉料可以进一步生成Si_xC_y，用以在生长基座20的碳化硅单晶生长面上生长碳化硅单晶，从而可以提高碳化硅单晶的产量。

在碳化硅单晶生长的中期和中后期，碳化硅粉料继续升华产生气体。但由于生长前期升华产生的气体带走了大量的硅原子，此时的碳化硅粉料逐步石墨化。其中的细小的碳颗粒会被升华产生的气体吹动，随升华产生的气体上升。在上升经过缓气机构30处时，一部分碳颗粒会被缓气机构30底部生长出的晶体粘附、包裹，形成碳包裹物。这样通过气体通道31继续上升到生长基座20处的碳颗粒就相应减少，从而可以减少生长基座20上所生长的碳化硅单晶上出现碳包裹物的数量，改善获得的碳化硅单晶的品质。

在碳化硅单晶生长的后期，碳化硅粉料的石墨化会进一步发展，此时升华产生的气体的气相组分是富碳的。该富碳的气体在上升的过程中会首先与缓气机构30接触。而在与缓气机构30接触时，该富碳的气相组分会将缓气机构30的底面上形成的碳化硅晶体中的硅原子析出，使其变为气相，从而使生长气氛中硅原子的分压提高；碳原子则留在了缓气机构30上。在与缓气机构30接触后，气体继续上升，到达生长基座20处。由于经过缓气机构30时补充了硅原子，一方面，到达生长基座20的气体可以在生长基座20的生长面上结晶形成碳化硅单晶；另一方面，也可以避免生长基座20的生长面上生长出的碳化硅单晶中的硅原子被析出而发生碳化，以及减少碳原子在生长基座20的生长面上的附着，从而改善碳化硅单晶的品质。

以上对本实施例提供的碳化硅单晶生长装置制备碳化硅单晶的大概过程进行了描述。分析本实施例中制备碳化硅单晶的过程，并与现有技术中碳化硅单晶的制备过程对比，可知，利用本实施例中的碳化硅单晶生长装置制备碳化硅单晶的方式具有以下有益效果：

首先，在碳化硅单晶的生长前期，通过在缓气机构30处形成硅滴，一方面，减少在生长基座20的生长面上形成硅滴；另一方面，缓气机构30上形成的硅滴滴入到碳化硅粉料上，可以再度用于碳化硅单晶的生长制备，从而能够提高碳化硅单晶的产量。

其次，在碳化硅单晶的生长中期及中后期，在缓气机构30上形成碳包裹物，减少在生长基座20的生长面上形成碳包裹物，从而可以改善获得的碳化硅单晶的品质。

第三，在碳化硅单晶的生长后期，碳化硅粉料升华产生的富碳气体可以从缓气机构30上在生长前期形成的碳化硅晶体中将硅原子析出，一方面，可以避免生长基座20的生长面上生长出的碳化硅单晶中的硅原子被析出而发生碳化，以及减少碳原子在生长基座20的生长面上的附着，从而改善碳化硅单晶的品质；另一方面，补充了硅原子的气体可以继续在生长基座20的生长面上形成碳化硅单晶，从而提高碳化硅单晶的产量。

在上述第一实施例的一个变型实施例中，生长容器10的内部包括多个凸出部，该多个凸出部自生长容器10的内壁向生长容器10内凸出。在将缓气机构30放置于生长容器10内时，区别于上述第一实施例，该多个凸出部以多点支撑的方式将缓气机构30支撑，从而实现缓气机构30与生长容器10之间的固定。

在上述第一实施例的其他变型实施例中，缓气机构30的表面还可以具有保护层，该保护层的材质具体可以为碳化钨、碳化铌或碳化钽，用于增加缓气机构30的使用寿命。

在本实施方式的第二实施例中，如图4-6所示，与上述第一实施例相比，沿竖直由下至上方向，缓气机构30的环孔的孔径递减。这样设置一方面有利于碳化硅粉料升华产生的气体向生长容器10的顶部方向流动，从而促进碳化硅单晶的生长过程，而且，还有利于缓气机构30上形成的硅滴在重力作用下向下滴入到碳化硅粉料上。

本实施方式中，缓气机构30并不限于上述第一、第二实施例中的环形工件。在本实施方式的其他实施例中，缓气机构30还可以为环形结构之外的其他结构。

例如，如图7所示实施例中，缓气机构30为圆盘状，其上设置有多个通孔，该通孔作为气体通道31。

又例如，在图8所示实施例中，缓气机构30为位于同一平面内的多个板状机构，该多个板状结构之间具有间隙，该间隙作为气体通道31。在该图8所示实施例的基础上，作为一个变型实施例，如图9所示，该多个板状机构上还可以设置有通孔，该通孔也作为气体通道31。

又例如，在图10所示实施例中，缓气机构30包括多个板状机构，该多个板状机构沿竖直方向间隔设置，间隔设置的该多个板状机构之间会存在间隙，该间隙用为气体通道31。与上述图9所示实施例类似，在图10所示实施例的基础上，作为一个变型实施例，如图11所示，该多个板状机构上也可以设置有通孔，通孔作为气体通道31，使碳化硅单晶生长过程中形成的生长气氛通过该通孔上升到生长容器10的顶部位置处。

(二)碳化硅单晶生长装置的第二实施方式

在碳化硅单晶生长装置的第二实施方式中，碳化硅单晶生长装置同样包括生长容器10、生长基座20和缓气机构30，其结构和功能与上述第一实施方式中大致相同。对于本实施方式与上述第一实施方式的相同之处，由于在上述第一实施方式中已有详细描述，在此就不再赘述。下面就本实施方式与上述第一实施方式的区别之处展开描述。

如图12所示，在本实施方式中，容置空间11为环形。具体地，在生长容器10的底部具有凸出体12，所述凸出体12与所述生长容器10的内侧壁之间具有间隙，且所述凸出体12与所述生长容器10的内侧壁之间形成所述环形的容置空间11。此处需要说明的是，凸出体12所在位置只须满足其外侧壁与生长容器10的内侧壁之间有间隙，即可形成环形的容置空间11，因此，凸出体12的位置只是生长容器10底部的“相对”中心位置。当然，在优选情况下，凸出体12可以位于生长容器10底部的中心位置。

在本实施方式的第一实施例中，如图12所示，所述凸出体12为圆柱形件，其材质具体为石墨。具体地，在生长容器10的底部具有与该圆柱形件对应的凹槽，该圆柱形件安装并固定于这个凹槽内，从而在该圆柱形件的外侧壁与生长容器10的内侧壁之间形成了一个环形的空间，即容置空间11。

如图12所示，在本实施例中，缓气机构30为环形工件，且缓气机构30在竖直方向上高于凸出体12；这样在缓气机构30与凸出体12之间形成了间隙，该间隙用以供容置空间11内放置的碳化硅粉料升华产生的气体穿过，流动向生长容器10的顶部。

在本实施例中，在生长容器10的底部设置凸出体12，与现有技术相比，凸出体12所占据的区域就无法容置碳化硅粉料，这样就可以避免现有技术中因为生长容器10底部中心区域的碳化硅粉料凝结在一起，形成结构十分致密的陶瓷体，而导致的碳化硅粉料浪费的问题，从而带来了节省碳化硅粉料的有益效果。

另外，在本实施例中，凸出体12与缓气机构30上的环孔在竖直方向上至少部分重合。而在优选情况下，其二者可以在竖直方向上完全重合。这样设置可以减少在竖直方向上未被缓气机构30遮挡的碳化硅粉料所占的面积，乃至于容置空间11内放置的所有碳化硅粉料均在竖直方向上被缓气机构30遮挡；从而就可以减少或避免碳化硅粉料升华产生的气体未经缓气机构30(形成硅滴、结晶或将硅原子析出等)而直接流动向生长容器10顶部的生长基座20的情况，这样有利于第一实施方式中获得的各有益效果的最大化实现。

在上述第一实施例的一个变型实施例中，凸出体12与生长容器10还可以为一体结构。

在上述第一实施例的其他变型实施例中，凸出体12还可以为筒形、圆锥形、圆台形或多棱柱形。需要说明的是，在凸出体12为圆锥形或圆台形等形状时的实施例中，为使缓气机构30与凸出体12之间具有间隙，将缓气机构30设置有高于凸出体12；此处关于缓气机构30与凸出体12的高度的限定，是指缓气机构30整体上高于凸出体12，并不意味着缓气机构30的底面绝对高于圆锥形的锥尖或者圆台形的顶面，也包括缓气机构30的底面低于圆锥形的锥尖或者圆台形的顶面，但缓气机构30与圆锥形或圆台形之间具有间隙的情况。

在上述第一实施例的其他变型实施例中，凸出体12的材质还可以为钼。

在上述第一实施例的其他变型实施例中，凸出体12、缓气机构30的表面还可以具有保护层，该保护层的材质具体可以为碳化钨、碳化铌或碳化钽，这样可以增加凸出体12、缓气机构30的使用寿命。

在本实施方式的第二实施例中，如图13所示，缓气机构30上的气体通道31包括通孔，且该通孔所在位置为缓气机构30上与容置空间11对应的区域，也就是说，缓气机构30上与凸出体12在竖直方向上对应的区域没有设置气体通道31。因此，在本实施例中，凸出体12在竖直方向上可以彼此接触，并不会因为接触而阻碍容置空间11内的碳化硅粉料升华产生的气体的向生长容器10顶部方向流动。

当然，在第二实施例的其他变型实施例中，凸出体12与缓气机构30之间仍然可以具有间隙，以使容置空间11内的碳化硅粉料升华产生的气体能够更顺畅地向生长容器10顶部方向流动。

(三)碳化硅单晶生长装置的第三实施方式

在碳化硅单晶生长装置的第三实施方式中，碳化硅单晶生长装置同样包括生长容器10、生长基座20和缓气机构30，其结构和功能与上述第一、第二实施方式中大致相同。对于本实施方式与上述第一、第二实施方式的相同之处，由于在上述第一、第二实施方式中已有详细描述，在此就不再赘述。下面就本实施方式与上述第一、第二实施方式的区别之处展开描述。

在本实施方式中，如图14所示，碳化硅单晶生长装置还包括导流机构40，导流机构40设置在生长容器10内，且位于缓气机构30与生长基座20之间，用于将碳化硅粉料升华产生的气体引导向到所述生长基座20方向。

在本实施方式中，当碳化硅粉料升华产生的气体向上流经缓气机构30后，导流机构40将该部分气体引导向生长基座20处，使该部分气体在生长基座20处聚集，这样可以降低该部分气体的扩散，增加生长基座20处的气体密度，从而有利于提高生长基座20的生长面上碳化硅单晶的生长速度。

在本实施方式的第一优选实施例中，导流机构40的下端与缓气机构30接触；导流机构40上设置有导流孔41，所述导流孔41的下端与缓气机构30的气体通道31相接，上端朝向生长基座20。这样设置使气体通道31与导流机构40上的导流孔直接衔接，二者之间不设置有间隙，从而可以避免气体在缓气机构30和导流机构40之间扩散，可以更好和更直接地将气体引导向生长基座20处，有利于本实施方式中提高生长基座20的生长面上碳化硅单晶的生长速度这一有益效果的最大化实现。

在上述第一实施例的其他变型实施例中，导流机构40的表面还可以具有保护层，该保护层的材质具体可以为碳化钨、碳化铌或碳化钽，这样可以增加导流机构40的使用寿命。

在本实施方式的第二优选实施例中，如图15所示，导流机构40与缓气机构30还可以为一体结构，这样在将其安装在生长容器10内时，只需一次安装过程即可实现安装。

(四)碳化硅单晶生长装置的第四实施方式

在碳化硅单晶生长装置的第四实施方式中，碳化硅单晶生长装置同样包括生长容器10、生长基座20和缓气机构30，还可以包括导流机构40，其结构和功能与上述第一、第二、第三实施方式中大致相同。对于本实施方式与上述第一、第二、第三实施方式的相同之处，由于在上述第一、第二、第三实施方式中已有详细描述，在此就不再赘述。下面就本实施方式与上述第一、第二、第三实施方式的区别之处展开描述。

在本实施方式的第一实施例中，如图16所示，生长容器10包括主要由底壁130和下侧壁131组成的生长容器体13，以及上侧壁14和生长容器盖15。上侧壁14安装在下侧壁131上，生长容器盖15用于盖合在上侧壁14上。生长容器体13、上侧壁14和生长容器盖15形成用于生长碳化硅单晶的密闭空间。

如背景技术部分所述，在制备碳化硅单晶的过程中，碳化硅粉料升华产生的气体不仅会在生长基座20的生长面上生长出碳化硅单晶，还会在其周边区域，即生长容器10内密闭空间的顶壁及其与侧壁相接处沉积和结晶。在现有技术中，这些区域形成的晶体在碳化硅单晶制备完成后，会对打开生长容器盖、取出碳化硅单晶的过程形成阻碍，而不得不采用器械切割来实现生长容器盖的开启、分离。

在本实施例中，在制备碳化硅单晶的过程结束之后，在上侧壁14与下侧壁131之间的结合处将二者分离，从而打开生长容器体13、上侧壁14和生长容器盖15形成的密闭空间。由于上侧壁14和下侧壁131的相接处与生长容器盖15具有一定的距离，此处结晶形成的晶体较少，或者不会收到气相组分的侵蚀、不会出现结晶，从而可以方便地将上侧壁14和下侧壁131分离，避免使用器械切割的方式，从而可以减少生长容器10被损坏的几率，而且还减少了因器械切割而容易导致的人员损伤的发生率。

而且，对于分离后的生长容器体13，其还可以用于下一次碳化硅单晶的制备过程，在下一次制备碳化硅单晶时，只需要在生长容器体13上装设新的上侧壁14和生长容器盖15，即可在生长容器体13的基础上形成新的密闭空间，用于下一次制备碳化硅单晶的过程。

由于气相组分一般只侵蚀生长容器10的顶部，对下位于下部的生长容器体13而言，其受到的侵蚀较小，或者不受到侵蚀。因此，对于分离之后的生长容器体13而言，将容置空间11内碳化硅粉料的残留物移出，并清洗干净之后，还可以用于下次碳化硅单晶的制备过程，这样就可以降低生产多次碳化硅单晶所需的设备成本。具体地，在本实施例中，上侧壁14的高度和下侧壁131的高度的比值范围在1:2.5-1:5，优选为1:3。

在本实施方式的第二实施例中，如图17所示，生长容器10包括主要由底壁160和下侧壁161组成的下生长容器体16，以及主要由上侧壁170和生长容器盖171形成的上生长容器体17。具体而言，下生长容器体16包括底壁160和下侧壁161，且底壁160和下侧壁161作为下生长容器体16的主体，底壁160和下侧壁161可以为一体结构，或者为安装固定在一起的分体结构。上生长容器体17包括上侧壁170和生长容器盖171，且上侧壁170和生长容器盖171作为上生长容器盖的主体，上侧壁170和生长容器盖171为一体结构。

上生长容器体17的上侧壁170安装盖合在下生长容器体16的下侧壁161上，以使上生长容器体17和下生长容器体16形成用于生长碳化硅单晶的密闭空间。

在本实施例中，与上述第一实施例类似，在制备碳化硅单晶的过程结束之后，在上侧壁160与下侧壁161的相接处将二者分离，也即是使上生长容器体17和下生长容器体16分离，可以实现与上述第一实施例相同的技术效果，在此就不再赘述。

在本实施方式的第三实施例中，在第一、第二实施例的基础上，上侧壁与下侧壁的相接面为斜面，且自生长容器10的内向外方向向下倾斜，如图18所示。显然，该相接处的倾斜方向与生长容器10内气体的流通方向相反，这样在生长容器10内碳化硅粉料升华产生的气体由下向上流动时，可以减少或者避免气体通过上侧壁和下侧壁的相接处向外泄漏的发生。

本实施方式的第四实施例在上述第三实施方式的基础上，并结合上述第一、第二实施例，如图19所示，导流机构40与上侧壁的下端，以及下侧壁的上端相接，以将上侧壁和下侧壁的接缝处遮挡。这样设置可以减少或者避免气体通过上侧壁和下侧壁的相接处向外泄漏的发生。

在本实施例结合上述第三实施例时，如图20所示，可以进一步减少或者避免气体通过上侧壁和下侧壁的相接处向外泄漏的发生。

本实施方式的第五实施例在上述第一实施方式的基础上，并结合上述第一、第二实施例，如图21所示，缓气机构30与上侧壁的下端，以及下侧壁的上端相接，以将上侧壁和下侧壁的接缝处遮挡。这样设置可以减少或者避免气体通过上侧壁和下侧壁的相接处向外泄漏的发生。

在本实施例结合上述第三实施例时，如图22所示，可以进一步减少或者避免气体通过上侧壁和下侧壁的相接处向外泄漏的发生。

本发明还提供一种碳化硅单晶制备设备，在其实施方式中，碳化硅单晶制备设备上述实施方式中的碳化硅单晶生长装置，以及，还包括用于加热生长容器的加热装置、用于使生长容器在竖直方向形成温度梯度的保温结构等设备。

本发明提供的碳化硅单晶制备设备，其包括上述实施方式中的碳化硅单晶生长装置，因此，其同样具有上述多个实施方式中的碳化硅单晶生长装置所具有的各有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于碳化硅单晶生长装置，其特征在于，包括生长容器、生长基座和缓气机构；

所述生长容器底部设置有容置空间，所述容置空间内用于放置碳化硅粉料；

所述生长基座设置在所述生长容器的顶部，用于在所述生长基座上生长碳化硅单晶；

所述缓气机构设置在所述生长容器内，位于所述容置空间与生长基座之间的位置处；且所述缓气机构上具有气体通道，以使生长气氛能经所述气体通道到达所述生长容器顶部的生长基座处。

2.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述缓气机构为环形，所述缓气机构的外周缘与所述生长容器的内壁相接，所述缓气机构的环孔形成所述气体通道。

3.根据权利要求2所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，沿竖直由下至上方向，所述缓气机构的环孔的孔径递减。

4.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述缓气机构上的气体通道的数量为多个，且多个气体通道在所述缓气机构上均匀分布。

5.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述缓气机构包括多个块，相邻的两个块之间具有构成气体通道的间隙。

6.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述碳化硅单晶生长装置还包括导流机构，所述导流机构设置在所述生长容器内，且位于所述缓气机构与所述生长基座之间，用于将碳化硅粉料升华产生的气体引导向到所述生长基座方向。

7.根据权利要求6所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述导流机构的下端与所述缓气机构接触；所述导流机构上设置有导流孔，所述导流孔的下端与所述缓气机构的气体通道相接，上端朝向所述生长基座。

8.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述缓气机构的表面具有保护层，所述保护层的材质为碳化钨、碳化铌或碳化钽。

9.根据权利要求6或7所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述导流机构的表面具有保护层，所述保护层的材质为碳化钨、碳化铌或碳化钽。

10.一种碳化硅单晶制备设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的碳化硅单晶生长装置。