CN110408998B - 一种碳化硅单晶连续生长装置及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硅单晶连续生长装置，包括依次连通的原料仓、生长仓和回收仓、用于将原料仓中的碳化硅多晶原料送入生长仓中的送料机构，送料机构还用于将生长仓中的残渣送入回收仓中，送料机构沿其送料方向依次经过原料仓、生长仓、回收仓；生长仓包括坩埚本体、可升降的套设或穿设于坩埚本体上部的且用于在其下表面安装籽晶的坩埚盖、用于驱动坩埚盖升降的驱动机构、用于为坩埚本体加热的加热机构；坩埚盖位于送料机构的上方。本发明一种碳化硅单晶连续生长装置，可以对坩埚本体中的碳化硅多晶原料不断进行补充，以保证碳化硅单晶的连续生长，从而获得大尺寸碳化硅单晶；同时不影响碳化硅多晶原料的输送和碳化硅单晶的生长条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化硅单晶连续生长装置及其生长方法。
背景技术
物理气相输运法（PVT法）是碳化硅单晶生长的主要技术方法，该方法是将碳化硅多晶原料装在筒形石墨坩埚本体底部，用石墨坩埚盖将石墨坩埚本体盖上，形成一个密闭空间，石墨坩埚盖下表面安装有碳化硅籽晶，通过对石墨坩埚本体、石墨坩埚盖组成的系统进行加热，使石墨坩埚本体内的碳化硅多晶原料升华，并维持碳化硅多晶原料与碳化硅籽晶间具有合适的温度梯度，升华后的碳化硅粒子就会在碳化硅籽晶上沉积生长，从而获得碳化硅单晶。
现有的用于碳化硅单晶的生长装置，石墨坩埚内只能装入一定量的碳化硅多晶原料，用以生长成一定尺寸的碳化硅单晶。现有的生长装置会导致大尺寸碳化硅单晶的获得受到一定的限制，难以获得大尺寸碳化硅单晶，同时生产效率也较低。
针对上述情况，也有连续通入碳化硅多晶原料的装置，仅仅连续补料具有以下缺点：产生的残渣会导致坩埚内空间越来越小，使得原料无法进入；产生的残渣会导致原料越堆越高，与籽晶之间的距离越来越短，影响温度梯度和碳化硅单晶的优质生长。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种碳化硅单晶连续生长装置，可以对坩埚本体中的碳化硅多晶原料不断进行补充，以保证碳化硅单晶的连续生长，从而获得大尺寸碳化硅单晶；同时不影响碳化硅多晶原料的输送和碳化硅单晶的生长条件，能够持续获得优质的大尺寸碳化硅单晶。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种碳化硅单晶连续生长装置，包括依次连通的原料仓、生长仓和回收仓、用于将所述原料仓中的碳化硅多晶原料送入所述生长仓中的送料机构，所述送料机构，还用于将所述生长仓中的残渣送入所述回收仓中，所述送料机构沿其送料方向依次经过所述原料仓、所述生长仓、所述回收仓；
所述生长仓包括坩埚本体、可升降的套设或穿设于所述坩埚本体上部的且用于在其下表面安装籽晶的坩埚盖、用于驱动所述坩埚盖升降的驱动机构、用于为所述坩埚本体加热的加热机构；所述坩埚盖位于所述送料机构的上方。
优选地，所述送料机构包括连续式螺杆输送段，所述连续式螺杆输送段，用于通过控制其输送速度将且仅将残渣送出所述生长仓。
优选地，所述送料机构包括沿送料方向依次经过所述原料仓和所述生长仓的且可连续转动的第一螺杆输送段、沿送料方向依次经过所述生长仓和所述回收仓的且可间歇性转动的第二螺杆输送段。
优选地，所述送料机构的送料方向沿水平方向延伸。
优选地，所述加热机构为感应加热线圈或电阻加热器。
优选地，所述装置还包括连通在所述原料仓和所述生长仓之间的第一连通管。
优选地，所述装置还包括连通在所述生长仓和所述回收仓之间的第二连通管。
优选地，所述装置还包括设于所述坩埚本体和所述坩埚盖之间的密封圈。
本发明的第二个目的是提供一种碳化硅单晶连续生长方法，可以对坩埚本体中的碳化硅多晶原料不断进行补充，以保证碳化硅单晶的连续生长，从而获得大尺寸碳化硅单晶；同时不影响碳化硅多晶原料的输送和碳化硅单晶的生长条件，能够持续获得优质的大尺寸碳化硅单晶。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种碳化硅单晶连续生长方法，在坩埚盖下表面安装籽晶，将所述坩埚盖密封连接在坩埚本体上部，对所述坩埚本体抽真空并加热，连续向所述坩埚本体中通入位于籽晶下方的碳化硅多晶原料，以在籽晶上连续生长碳化硅单晶，同时将所述坩埚本体中的残渣连续或间歇性送出所述坩埚本体。
优选地，随着碳化硅单晶的逐渐长大，在保证所述坩埚盖和所述坩埚本体之间密封性的同时，逐渐向上提起所述坩埚盖，使碳化硅单晶底部与所述坩埚本体底部的碳化硅多晶原料之间保持设定距离。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种碳化硅单晶连续生长装置及其生长方法，通过在生长仓两侧分别连通原料仓和回收仓，原料仓可以对坩埚本体中的碳化硅多晶原料不断进行补充，以保证碳化硅单晶的连续生长，从而获得大尺寸碳化硅单晶；回收仓能够回收残渣，不影响碳化硅多晶原料的输送；坩埚盖可升降的设于坩埚本体上部，随着碳化硅单晶的逐渐生长，坩埚盖逐渐上升，不影响坩埚本体中碳化硅单晶的生长条件，能够持续获得优质的大尺寸碳化硅单晶；提高了生产效率，节约了能耗，降低了成本，满足了市场对大尺寸碳化硅单晶的需求。
附图说明
附图1为本发明装置的结构示意图一；
附图2为本发明装置的结构示意图二。
其中：1、原料仓；2、生长仓；3、回收仓；4、碳化硅单晶；5、碳化硅多晶原料；6、残渣；7、籽晶；8、坩埚本体；9、坩埚盖；10、驱动机构；11、加热机构；12、连续式螺杆输送段；13、第一螺杆输送段；14、第二螺杆输送段；15、第一连通管；16、第二连通管；17、密封圈；18、第一电机；19、第二电机；20、第三电机；21、籽晶杆。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1-2所示，上述一种碳化硅单晶连续生长装置，包括依次连通的原料仓1、生长仓2和回收仓3、用于将原料仓1中的碳化硅多晶原料5送入生长仓2中的送料机构，送料机构还用于将生长仓2中的残渣6送入回收仓3中。原料仓1、生长仓2、回收仓3从右往左依次连通；送料机构沿送料方向（从右往左的方向）依次经过原料仓1、生长仓2、回收仓3。
上述生长仓2包括坩埚本体8、可升降的套设或穿设于坩埚本体8上部的且用于在其下表面安装籽晶7的坩埚盖9、用于驱动坩埚盖9升降的驱动机构10、连接在驱动机构10和坩埚盖9之间的籽晶杆21、用于为坩埚本体8加热的加热机构11。坩埚盖9位于送料机构的上方。在本实施例中，上述一种碳化硅单晶连续生长装置还包括设于坩埚本体8和坩埚盖9之间的密封圈17。晶体生长时，坩埚盖9在升降过程中，始终与坩埚本体8之间保持密封。坩埚盖9套设于坩埚本体8上时，坩埚盖9呈倒扣的杯形；坩埚盖9穿设于坩埚本体8中时，坩埚盖9呈圆盘形。
在一个实施例中，上述送料机构包括连续式螺杆输送段12、用于驱动连续式螺杆输送段12绕自身轴心线方向转动的第一电机18。该连续式螺杆输送段12用于通过控制其转速将且仅将残渣6送出生长仓2。由于连续式螺杆输送段12在坩埚本体8中具有一定的长度，通过控制其转速，使碳化硅多晶原料5从进入生长仓2的一端输送至离开生长仓2的一端时，能够参与长晶的原料有充足的时间完全升华，不能参与长晶的残渣6则被送出生长仓2。在本实施例中，连续式螺杆输送段12的轴心线沿水平方向延伸。
在另一个实施例中，上述送料机构包括沿送料方向依次经过原料仓1和生长仓2的且可连续转动的第一螺杆输送段13、用于驱动第一螺杆输送段13绕自身轴心线方向转动的第二电机19、沿送料方向依次经过生长仓2和回收仓3的且可间歇性转动的第二螺杆输送段14、用于驱动第二螺杆输送段14绕自身轴心线方向转动的第三电机20。通过设置两段输送，能够保证第一螺杆输送段13送入生长仓2中的碳化硅多晶原料5中能够参与长晶的原料有充足的时间完全升华，为了防止不能参与长晶的残渣6在生长仓2中堆积，只要调节第二螺杆输送段14的转速使其大于第一螺杆输送段13的转速即可。在本实施例中，第一螺杆输送段13和第二螺杆输送段14同轴延伸，且其轴心线均沿水平方向延伸。
在本实施例中，上述加热机构11为感应加热线圈或电阻加热器。其数量可以根据需要分别设置。
上述一种碳化硅单晶连续生长装置还包括连通在原料仓1和生长仓2之间的第一连通管15、连通在生长仓2和回收仓3之间的第二连通管16。第一连通管15、第二连通管16的左右两端均是密封连接。
以下具体阐述下本实施例的工作过程：
首先，打开原料仓1的仓盖，将碳化硅多晶原料5装入原料仓1中，合上原料仓1仓盖；驱动机构10上升，将籽晶杆21提起，在籽晶杆21下端安装下表面带有籽晶7的坩埚盖9；驱动机构10下降，将坩埚盖9降至坩埚本体8中的适当位置，对坩埚本体8进行抽真空，然后启动加热机构11对坩埚本体8进行加热升温；
接着，根据工艺要求，适时启动送料机构将原料仓1内的碳化硅多晶原料5连续送至坩埚本体8底部进行加热，设定加热温度和坩埚盖9的上升速度，进行碳化硅单晶4的连续生长，从而生长出大尺寸碳化硅单晶4；坩埚盖9在上升过程中，不仅要保证坩埚盖9和坩埚本体8之间的密封性，还需要使生长得到的碳化硅单晶4底部与坩埚本体8底部的碳化硅多晶原料5之间保持设定距离；
同时，根据工艺技术要求设定送料机构的送料速度，使送到坩埚本体8中的碳化硅多晶原料5中参与碳化硅单晶4生长的原料完全升华，不参与碳化硅单晶4生长的残渣6被连续或间歇性的送入回收仓3内保存；原料仓1中的碳化硅多晶原料5用完后，将加热温度慢慢降低直至开炉温度，然后取出碳化硅单晶4，即完成一炉次大尺寸碳化硅单晶4生长。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种碳化硅单晶连续生长装置，其特征在于：包括依次连通的原料仓、生长仓和回收仓、用于将所述原料仓中的碳化硅多晶原料送入所述生长仓中的送料机构，所述送料机构，还用于将所述生长仓中的残渣送入所述回收仓中，所述送料机构沿其送料方向依次经过所述原料仓、所述生长仓、所述回收仓；
所述生长仓包括坩埚本体、可升降的套设或穿设于所述坩埚本体上部的且用于在其下表面安装籽晶的坩埚盖、用于驱动所述坩埚盖升降的驱动机构、用于为所述坩埚本体加热的加热机构；所述坩埚盖位于所述送料机构的上方；
所述送料机构包括连续式螺杆输送段，所述连续式螺杆输送段，用于通过控制其输送速度将且仅将残渣送出所述生长仓；
或所述送料机构包括沿送料方向依次经过所述原料仓和所述生长仓的且可连续转动的第一螺杆输送段、沿送料方向依次经过所述生长仓和所述回收仓的且可间歇性转动的第二螺杆输送段；
所述送料机构的送料方向沿水平方向延伸；
所述装置还包括连通在所述原料仓和所述生长仓之间的第一连通管、连通在所述生长仓和所述回收仓之间的第二连通管。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶连续生长装置，其特征在于：所述加热机构为感应加热线圈或电阻加热器。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶连续生长装置，其特征在于：所述装置还包括设于所述坩埚本体和所述坩埚盖之间的密封圈。
4.一种碳化硅单晶连续生长方法，通过权利要求1-3中任一项所述的生长装置实现，其特征在于：在坩埚盖下表面安装籽晶，将所述坩埚盖密封连接在坩埚本体上部，对所述坩埚本体抽真空并加热，连续向所述坩埚本体中通入位于籽晶下方的碳化硅多晶原料，以在籽晶上连续生长碳化硅单晶，同时将所述坩埚本体中的残渣连续或间歇性送出所述坩埚本体；随着碳化硅单晶的逐渐长大，在保证所述坩埚盖和所述坩埚本体之间密封性的同时，逐渐向上提起所述坩埚盖，使碳化硅单晶底部与所述坩埚本体底部的碳化硅多晶原料之间保持设定距离。
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