CN110129886A - 一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置 - Google Patents

Abstract

一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，属于碳化硅材料技术领域。本发明包括上盖、上旋转定位机构、下旋转支撑机构和反应室，反应室的内壁上设置有支撑台，上旋转定位机构安装在下旋转支撑机构上，旋转定位机构置于支撑台上，上盖与反应室螺纹连接，上旋转定位机构与下旋转支撑机构之间安装有支撑杆，且旋转定位机构均包括旋转圆环、旋转夹片和旋转平板，旋转圆环与旋转平板之间设置有旋转夹片，旋转夹片通过圆杆与旋转圆环配合安装，旋转夹片通过滑块还与旋转平板滑动配合安装。本发明的结构简单，方便拆卸和更换，不需要使用粘接剂就可实现对籽晶片的固定，而且在晶体生长完成后便于分离。

Description

一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置

技术领域

本发明涉及一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，属于碳化硅材料技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高、介电常数低、化学稳定性好等优点，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、电力电子器件理想的半导体材料，在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化等方面有广泛应用。

目前生长碳化硅晶体最有效的方法是物理气相传输PVT法，首先在石墨坩埚的底部填入高纯原料，石墨盖顶部粘贴籽晶，在坩埚外部采用保温石墨毡裹绕，然后在合适的温度1800～2000℃和高真空下0～10^-4Torr通过气相挥发生长碳化硅晶体。

碳化硅材料是弹性模量很大的晶体，一般晶体生长是籽晶直接粘接在石墨盖上，进行生长，这样的结构在冷却中因为石墨和碳化硅单晶的膨胀系数的不同产生严重的应力，晶体直径越大、晶体厚度越厚、籽晶粘接石墨板越厚，晶体应力越大，特别是4英寸以上的大尺寸晶体，经常会产生晶体裂问题。并且由于碳化硅生长温度很高，对籽晶粘接剂的要求也十分苛刻，高温极易导致粘接剂的融化，甚至直接升华，导致籽晶脱落。另外一种粘接方法如国内专利文献CN105696069A，将硅粉和碳粉均匀混合，混合后的粉末覆于石墨坩埚盖上，将碳化硅籽晶置于坩埚盖的粉末上，然后一同放入加热炉中加热，使硅粉、碳粉、碳化硅籽晶和石墨坩埚盖相互反应，最终将碳化硅籽晶粘合在石墨坩埚盖上。但这种方法存在一个严重的缺点，生长完成后难以将晶体与坩埚盖分离，即使用切割的方法分离，切割过程中产生的振动也可能导致晶体断裂，破坏成品。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，进而提供一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置。

本发明的技术方案：

一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，包括上盖、上旋转定位机构、下旋转支撑机构和反应室，上旋转定位机构包括第一旋转圆环、第一旋转夹片和第一旋转基板，第一旋转圆环上加工有多个弧形孔I，第一旋转夹片上设置有第一圆杆和第一滑块，第一旋转基板上加工有第一通孔，第一旋转圆环与第一旋转基板之间设置有第一旋转夹片，第一旋转夹片通过第一圆杆与第一旋转圆环配合安装，第一旋转夹片通过第一滑块与第一旋转基板滑动配合安装，上旋转定位机构安装在下旋转支撑机构上，反应室的内壁上设置有支撑台，上旋转定位机构与下旋转支撑机构置于反应室内的支撑台上，上盖与反应室螺纹连接。

进一步，下旋转支撑机构包括第二旋转圆环、第二旋转夹片和第二旋转基板，第二旋转圆环上加工有多个弧形孔II，第二旋转夹片上设置有第二圆杆和第二滑块，第二旋转基板上加工有第二通孔，第二旋转圆环与第二旋转基板之间设置有第二旋转夹片，第二旋转夹片通过第二圆杆与第二旋转圆环配合安装，第二旋转夹片通过第二滑块还与第二旋转基板滑动配合安装；第一旋转基板与第二旋转基板之间的边缘处设置有支撑杆。

进一步，第一圆杆与第二圆杆的端部均设置有限位圆台，限位圆台的直径大于弧形孔I和弧形孔II的宽度。

进一步，第一滑块与第二滑块上均加工有限位孔，旋转夹片与旋转基板通过限位圆钉进行纵向限位。

进一步，第一旋转圆环与第二旋转圆环的外壁上均设置有用于辅助旋转圆环旋转的推杆。

进一步，第一旋转夹片与第二旋转夹片均设置有12个。

进一步，第一旋转夹片的尖端还固定安装有限位杆，限位杆的高度为第一旋转夹片的底面至第二旋转夹片的上端面。

本发明具有以下有益效果：本发明通过在反应室内安装有两个旋转机构，从而实现对籽晶的固定，上旋转定位机构的夹片上，安装有限位杆，通过对第一旋转夹片旋转角度的调节，因而控制着旋转夹片形成的开口的直径大小，而下旋转支撑机构，同样设置有可旋转调节的夹片，通过调节第二旋转夹片的开口的大小，起到对籽晶片支撑的作用；本发明的结构简单，旋转定位机构可更换且方便拆卸，使用本结构不需要使用粘接剂就可实现对籽晶片的固定，而且在晶体生长完成后便于分离，从而提高了碳化硅晶体的质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是下旋转支撑机构的结构示意图；

图3是旋转基板的结构示意图；

图4是第二旋转夹片的结构示意图；

图5是旋转圆环的结构示意图；

图6是下旋转支撑机构的仰视图；

图7是上旋转定位机构的俯视图；

图8是上旋转定位机构的结构示意图；

图9是第一旋转夹片的结构示意图；

图中1-上盖，3-反应室，311-支撑台，21-上旋转定位机构，22-下旋转支撑机构，211-第一旋转圆环，212-第一旋转夹片，213-第一旋转基板，23-圆弧孔I，24第一圆杆，25-第一滑块，26-第一圆孔，221-第二旋转圆环，222-第二旋转夹片，223-第二旋转基板，27-弧形孔II，28-第二圆杆，29-第二滑块，30-第二通孔，31-支撑杆，32-限位圆台，33-限位孔，34-限位圆钉，35-推杆，36-限位杆。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

结合图1至图9说明本实施例，一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，包括上盖1、上旋转定位机构21、下旋转支撑机构22和反应室3，上旋转定位机构21安装在下旋转支撑机构22上，反应室3的内壁上设置有支撑台311，上旋转定位机构21与下旋转支撑机构22置于反应室3内的支撑台311上，上盖1与反应室3螺纹连接；如此设置，上盖1与反应室3通过螺纹连接，形成密闭的空间，为碳化硅晶体生长创造了有利的条件，而且反应室3的材质可选用石墨坩埚，其它结构的材质也可选用为石墨或高熔点的金属。

优选地，上旋转定位机构21包括第一旋转圆环211、第一旋转夹片212和第一旋转基板213，第一旋转圆环211上加工有多个弧形孔I23，第一旋转夹片212上设置有第一圆杆24和第一滑块25，第一旋转基板213上加工有第一通孔26，第一旋转圆环211与第一旋转基板213之间设置有第一旋转夹片212，第一旋转夹片212通过第一圆杆24与第一旋转圆环211配合安装，第一旋转夹片212通过第一滑块25与第一旋转基板213滑动配合安装；下旋转支撑机构22包括第二旋转圆环221、第二旋转夹片222和第二旋转基板223，第二旋转圆环221上加工有多个弧形孔II27，第二旋转夹片222上设置有第二圆杆28和第二滑块29，第二旋转基板223上加工有第二通孔30，第二旋转圆环221与第二旋转基板223之间设置有第二旋转夹片222，第二旋转夹片222通过第二圆杆28与第二旋转圆环221配合安装，第二旋转夹片222通过第二滑块29还与第二旋转基板223滑动配合安装；第一旋转基板213与第二旋转基板223之间的边缘处设置有支撑杆31。如此设置，上旋转定位机构21与下旋转支撑机构22置于反应室的支撑台311上，且上旋转定位机构21与下旋转支撑机构22的整体结构相同，两个旋转基板之间设置有支撑杆，为整体结构提供了支撑力形成一定的高度差，通过对圆环施加旋转力，使旋转圆环在力的作用下发生旋转，而旋转圆环套装在旋转夹片上，因此带动旋转夹片发生旋转，从而改变旋转夹片的尖端形成的圆孔的大小，进一步优化，第一旋转夹片212的尖端还固定安装有限位杆36，限位杆36的高度为第一旋转夹片212的底面至第二旋转夹片222的上端面；通过在旋转夹片的尖端设置有限位杆，不仅是实现了对籽晶片的限位夹持作用，而且通过旋转夹片的旋转调节适用于多型号籽晶片的夹持，避免了功能的单一化；再进一步，第一圆杆24与第二圆杆28的端部均设置有限位圆台32，限位圆台32的直径大于弧形孔I23和弧形孔II27的宽度，第一滑块25与第二滑块29上均加工有限位孔33，旋转夹片与旋转基板通过限位圆钉34进行纵向限位；在圆杆的端部安装有限位圆台，可以是插装的方式或螺纹连接的方式，限位圆台的直径大于弧形孔的宽度直径，使其不会从弧形孔内脱落，对旋转圆环和旋转夹片进行定位；而旋转夹片的底面还设置有滑块，在滑块上还设置有限位圆钉，在旋转夹片与旋转基板配合安装后，通过限位圆钉对旋转基板进行了纵向的限位，如此旋转圆环、旋转夹片和旋转基板之间便实现了锁定；更进一步，第一旋转圆环211与第二旋转圆环221的外壁上均设置有用于辅助旋转圆环旋转的推杆35，为了方便旋转圆环实现旋转的动作，在旋转圆环的外壁上设置有推杆，使其操作更加方便；优选地，第一旋转夹片212与第二旋转夹片222均设置有12个，如此设置的目的是旋转夹片的尖角端的角度小，使限位杆的排列更密集，方便对籽晶片进行夹持和限位。

本发明第一步，需要根据籽晶片的大小，调节下旋转支撑机构22，通过对第二旋转圆环221上的推杆35施力，使其带动第二旋转夹片222进行转动，而形成一定大小的圆孔；第二步调节上旋转定位机构21，同样通过推杆35的旋转带动第一旋转夹片212的转动，使其形成的圆孔略大于第二旋转夹片222形成圆孔，这样方便碳化硅籽晶片的生长，将上旋转定位机构21和下旋转支撑机构22置于反应室3的支撑台311上，将籽晶片置于第二旋转夹片222上即可，最后将上盖1密封即可。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (7)

1.一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，其特征在于，包括上盖(1)、上旋转定位机构(21)、下旋转支撑机构(22)和反应室(3)，所述上旋转定位机构(21)包括第一旋转圆环(211)、第一旋转夹片(212)和第一旋转基板(213)，所述第一旋转圆环(211)上加工有多个弧形孔I(23)，所述第一旋转夹片(212)上设置有第一圆杆(24)和第一滑块(25)，所述第一旋转基板(213)上加工有第一通孔(26)，所述第一旋转圆环(211)与所述第一旋转基板(213)之间设置有所述第一旋转夹片(212)，所述第一旋转夹片(212)通过第一圆杆(24)与第一旋转圆环(211)配合安装，所述第一旋转夹片(212)通过第一滑块(25)与所述第一旋转基板(213)滑动配合安装，所述上旋转定位机构(21)安装在所述下旋转支撑机构(22)上，所述反应室(3)的内壁上设置有支撑台(311)，所述上旋转定位机构(21)与所述下旋转支撑机构(22)置于所述反应室(3)内的支撑台(311)上，所述上盖(1)与所述反应室(3)螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，其特征在于，所述下旋转支撑机构(22)包括第二旋转圆环(221)、第二旋转夹片(222)和第二旋转基板(223)，所述第二旋转圆环(221)上加工有多个弧形孔II(27)，所述第二旋转夹片(222)上设置有第二圆杆(28)和第二滑块(29)，所述第二旋转基板(223)上加工有第二通孔(30)，所述第二旋转圆环(221)与所述第二旋转基板(223)之间设置有所述第二旋转夹片(222)，所述第二旋转夹片(222)通过第二圆杆(28)与第二旋转圆环(221)配合安装，所述第二旋转夹片(222)通过第二滑块(29)还与所述第二旋转基板(223)滑动配合安装；所述第一旋转基板(213)与所述第二旋转基板(223)之间的边缘处设置有支撑杆(31)。

3.根据权利要求2所述的一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，其特征在于，所述第一圆杆(24)与所述第二圆杆(28)的端部均设置有限位圆台(32)，所述限位圆台(32)的直径大于弧形孔I(23)和弧形孔II(27)的宽度。

4.根据权利要求3所述的一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，其特征在于，所述第一滑块(25)与所述第二滑块(29)上均加工有限位孔(33)，旋转夹片与旋转基板通过限位圆钉(34)进行纵向限位。

5.根据权利要求4所述的一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，其特征在于，所述第一旋转圆环(211)与所述第二旋转圆环(221)的外壁上均设置有用于辅助旋转圆环旋转的推杆(35)。

6.根据权利要求5所述的一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，其特征在于，所述第一旋转夹片(212)与所述第二旋转夹片(222)均设置有12个。

7.根据权利要求6所述的一种碳化硅单晶生长中的籽晶固定装置，其特征在于，所述第一旋转夹片(212)的尖端还固定安装有限位杆(36)，所述限位杆(36)的高度为所述第一旋转夹片(212)的底面至所述第二旋转夹片(222)的上端面。