CN110067020A - 一种低应力SiC单晶的制备装置 - Google Patents

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刘新辉
杨昆
张福生
路亚娟
牛晓龙
郑清超
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Abstract

本发明公开了一种低应力SiC单晶的制备装置，包括耐高温高热导率的材料制成的坩埚，其内部的底部装有SiC多晶原料，所述坩埚上盖内侧固定有耐高温柔性材料制成的应力缓冲层，籽晶粘接在应力缓冲层上，位于籽晶外侧紧挨着籽晶设置有用来限制晶体直径的耐高温柔性材料制成环状结构的应力缓冲层，所述坩埚外周侧设置有耐高温低热导率的隔热保温层，所述隔热保温层外周侧缠绕有金属材料制成的感应线圈。本发明有效的降低了SiC晶体的各项缺陷和开裂几率。

Description

一种低应力SiC单晶的制备装置
技术领域
本发明涉及一种低应力SiC单晶的制备装置。
背景技术
SiC近年来成为制作高频、大功率、耐高温和抗辐射器件的理想材料，所以高质量SiC基体材料的生长成为了研究热点。而影响SiC功率器件应用最为主要就是其存在大量缺陷，如位错、微管、异晶型和小角度晶界等。这些缺陷严重影响了SiC器件的性能，特别是数量最多的位错被普遍认为是功率器件退化的主要原因。例如，微管和三角形缺陷会使得p-n结和肖特基势垒二极管反向电压特性退化；螺型位错会增大器件的反向漏电流，并会引起p-n结和肖特基势垒二极管反向电压特性退化；基面位错对双极型功率器件的影响十分严重，它将转变为堆垛层错进而俘获载流子并显著增加器件的电阻，导致正向电压漂移。目前较成熟的理论认为晶体中位错产生的主要原因是切应力超过了临界剪切应力值而造成的滑移系滑移。对于六方SiC结构，滑移通常发生在(0001)面，因此切应力τrz为位错等缺陷产生的主要影响因子。同时在实际生产过程中出现的晶体开裂的断面往往垂直于生长面，所以根据第一强度理论可以认为引起SiC晶体开裂的主要是径向正应力。而在PVT法生长SiC单晶的过程中，籽晶需要固定或者粘接在等静压石墨热场的上部，同时为了得到满足一定尺寸要求的晶体，以便于后期晶片的加工，会在籽晶下部晶体预生长位置的侧面使用等静压石墨的环状结构来限制晶体的直径，由于等静压石墨与SiC的材料性质存在的巨大差异，如等静压石墨的热膨胀系数是SiC的3倍，而杨氏模量却只有SiC的1/30，导致在晶体与等静压石墨接触处由于热膨胀产生的失配应力很大，挤压晶体会导致籽晶接触处和晶体边缘处的内应力变大，晶体中各项应力衍生的缺陷就会大量增殖。如果晶体热应力过大，超过一定阈值，就会引起晶体的开裂。所以非常有必要采用一个内应力失配相对小的籽晶固定和晶体直径限定材料和结构，使得晶体中的径向热应力得到改善，从而降低晶体的各项缺陷和开裂几率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低应力SiC单晶的制备装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种低应力SiC单晶的制备装置，包括耐高温高热导率的材料制成的坩埚，其内部的底部装有SiC多晶原料，所述坩埚上盖内侧固定有耐高温柔性材料制成的应力缓冲层，所述应力缓冲层用于粘接SiC籽晶，位于籽晶外侧紧挨着籽晶设置有用来限制晶体直径的耐高温柔性材料制成的应力缓冲环，所述坩埚外周侧设置有耐高温低热导率的隔热保温层，所述隔热保温层外周侧缠绕有金属材料制成的感应线圈。
进一步的，所述耐高温高热导率的材料制成坩埚为石墨坩埚。
进一步的，所述耐高温柔性材料为柔性石墨材料。
进一步的，所述柔性石墨材料为石墨纸或石墨毡。
进一步的，所述耐高温低热导率的隔热保温层为石墨硬毡或软毡。
进一步的，所述感应线圈为Cu感应线圈。
进一步的，所述坩埚顶部设置有红外测温探头，所述红外测温探头通过导线连接外面的显示控制器。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
用来固定籽晶和限制晶体的横向直径的是用耐高温柔性材料制成的平板和环状结构，例如石墨纸、石墨毡等柔性石墨材料，其弹性模量小，抗弯折性能好，有一定的形变余量，和SiC接触时由于石墨纸等柔性石墨材料有一定的热弹性形变余量，就可以释放掉SiC与石墨接触处的部分热形变失配应力。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明低应力SiC单晶的制备装置的结构示意图
附图标记说明：1-石墨坩埚；2-SiC原料；3-应力缓冲层；4-应力缓冲环；5-隔热保温层；6-感应线圈；7-红外测温探头；8-籽晶。
具体实施方式
如图1所示，一种低应力SiC单晶的制备装置，包括石墨坩埚1，其内部的底部装有SiC原料2，所述坩埚1上盖内侧固定有耐高温柔性材料制成的应力缓冲层3，籽晶8粘接在应力缓冲层3上，位于籽晶8外侧紧挨着籽晶设置有用来限制晶体直径的耐高温柔性材料制成的应力缓冲环4，所述石墨坩埚1外周侧设置有耐高温低热导率的隔热保温层5，所述隔热保温层5外周侧缠绕有金属材料制成的感应线圈6，所述石墨坩埚1顶部设置有红外测温探头7，所述红外测温探头7通过导线连接外面的温控器，温控器上设置有用于显示红外测温探头7检测到的实时温度的显示屏，所述感应线圈6连接所述温控器。
其中制成应力缓冲层3和应力缓冲环4的所述耐高温柔性材料为石墨柔性材料，如石墨纸、石墨软毡、石墨硬毡或其它石墨纤维结构。
隔热保温层5为石墨硬毡或软毡；所述感应线圈6为Cu感应线圈。
本发明中的坩埚、保温、线圈、测温孔等现有的主流技术是一致的，创新点是顶部和侧部的应力缓冲层和应力缓冲环，是柔性石墨材料制成的，例如石墨纸，石墨毡等等，可以形变来释放应力。
本发明的动作过程如下：
把SiC多晶原料装入石墨坩埚中，坩埚的上盖固定上柔性石墨材料制成部应力缓冲层3，SiC籽晶粘接在应力缓冲层3上，籽晶下部晶体预生长位置的侧面固定上柔性石墨材料制成的应力缓冲环4，升高炉腔内的压力和温度，待达到SiC的生长温度后，降低压力，使原料升华，晶体开始生长。一段时间后，升高压力，使晶体停止生长，降温后取出晶体。发现晶体的开裂率降低，且结晶质量较高，各项结晶缺陷较少。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种低应力SiC单晶的制备装置，其特征在于：包括耐高温高热导率的材料制成的坩埚，其内部的底部装有SiC多晶原料，所述坩埚上盖内侧固定有耐高温柔性材料制成的应力缓冲层，所述应力缓冲层用于粘接SiC籽晶，位于籽晶外侧紧挨着籽晶设置有用来限制晶体直径的耐高温柔性材料制成的应力缓冲环，所述坩埚外周侧设置有耐高温低热导率的隔热保温层，所述隔热保温层外周侧缠绕有金属材料制成的感应线圈。
2.根据权利要求1所述的低应力SiC单晶的制备装置，其特征在于：所述耐高温高热导率的材料制成的坩埚为石墨坩埚。
3.根据权利要求1所述的低应力SiC单晶的制备装置，其特征在于：所述耐高温柔性材料为柔性石墨材料。
4.根据权利要求3所述的低应力SiC单晶的制备装置，其特征在于：所述柔性石墨材料为石墨纸或石墨毡。
5.根据权利要求1所述的低应力SiC单晶的制备装置，其特征在于：所述耐高温低热导率的隔热保温层为石墨硬毡或软毡。
6.根据权利要求1所述的低应力SiC单晶的制备装置，其特征在于：所述感应线圈为Cu感应线圈。
7.根据权利要求1所述的低应力SiC单晶的制备装置，其特征在于：所述坩埚顶部设置有红外测温探头，所述红外测温探头通过导线连接外面的显示控制器。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111088521A (zh) * 2020-01-07 2020-05-01 北京北方华创微电子装备有限公司 籽晶与石墨盖粘接固定方法
EP3943644A1 (en) 2020-07-21 2022-01-26 SiCrystal GmbH Sic crystals with an optimal orientation of lattice planes for fissure reduction and method of producing same
EP3943645A1 (en) 2020-07-21 2022-01-26 SiCrystal GmbH Sic crystalline substrates with an optimal orientation of lattice planes for fissure reduction and method of producing same
CN114134573A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 武汉大学 用于降低氮化铝晶体生长应力的装置
CN114395803A (zh) * 2022-01-13 2022-04-26 浙江大学 一种减少碳化硅籽晶背向升华的粘接结构与粘接方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008089181A2 (en) * 2007-01-16 2008-07-24 Ii-Vi Incorporated Guided diameter sic sublimation growth with multi-layer growth guide
CN203065640U (zh) * 2013-01-06 2013-07-17 河北同光晶体有限公司 一种碳化硅晶体生长用的石墨籽晶坩埚盖
CN106757321A (zh) * 2016-12-09 2017-05-31 河北同光晶体有限公司 一种用于碳化硅单晶生长的籽晶处理方法
CN207498521U (zh) * 2017-11-02 2018-06-15 福建北电新材料科技有限公司 一种提升质量的碳化硅单晶生长装置
CN207608656U (zh) * 2017-11-24 2018-07-13 哈尔滨奥瑞德光电技术有限公司 一种pvt法生长大尺寸半绝缘碳化硅单晶的生长装置
CN208649506U (zh) * 2018-08-03 2019-03-26 福建北电新材料科技有限公司 一种碳化硅晶体的生长装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008089181A2 (en) * 2007-01-16 2008-07-24 Ii-Vi Incorporated Guided diameter sic sublimation growth with multi-layer growth guide
CN203065640U (zh) * 2013-01-06 2013-07-17 河北同光晶体有限公司 一种碳化硅晶体生长用的石墨籽晶坩埚盖
CN106757321A (zh) * 2016-12-09 2017-05-31 河北同光晶体有限公司 一种用于碳化硅单晶生长的籽晶处理方法
CN207498521U (zh) * 2017-11-02 2018-06-15 福建北电新材料科技有限公司 一种提升质量的碳化硅单晶生长装置
CN207608656U (zh) * 2017-11-24 2018-07-13 哈尔滨奥瑞德光电技术有限公司 一种pvt法生长大尺寸半绝缘碳化硅单晶的生长装置
CN208649506U (zh) * 2018-08-03 2019-03-26 福建北电新材料科技有限公司 一种碳化硅晶体的生长装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111088521A (zh) * 2020-01-07 2020-05-01 北京北方华创微电子装备有限公司 籽晶与石墨盖粘接固定方法
EP3943644A1 (en) 2020-07-21 2022-01-26 SiCrystal GmbH Sic crystals with an optimal orientation of lattice planes for fissure reduction and method of producing same
EP3943645A1 (en) 2020-07-21 2022-01-26 SiCrystal GmbH Sic crystalline substrates with an optimal orientation of lattice planes for fissure reduction and method of producing same
CN114134573A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 武汉大学 用于降低氮化铝晶体生长应力的装置
CN114134573B (zh) * 2021-11-30 2024-04-19 武汉大学 用于降低氮化铝晶体生长应力的装置
CN114395803A (zh) * 2022-01-13 2022-04-26 浙江大学 一种减少碳化硅籽晶背向升华的粘接结构与粘接方法
CN114395803B (zh) * 2022-01-13 2023-08-22 浙江大学 一种减少碳化硅籽晶背向升华的粘接结构与粘接方法

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