CN112981523A - 一种可有效提高SiC单晶质量的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种可有效提高SiC单晶质量的方法及装置，属于晶体制备技术领域，是针对现有SiC在制备过程中原料利用率低的缺陷所提出，其包括：坩埚和导流罩，坩埚包括坩埚上盖和坩埚主体，籽晶粘贴在坩埚上盖内侧，导流罩通过凸台安装在坩埚主体上部的内壁上，坩埚主体的下部呈阶梯状腔体，在阶梯状腔体内设有用来盛载原料的承载器，承载器设有外沿，且承载器的外沿搭接在阶梯状腔体的顶部，穿过坩埚主体的旋转件带动承载器与坩埚主体产生相对旋转；在导流罩的通道内设有一体结构的石墨滤网。本发明结构简单，操作便捷，可得到质量较高、生长较均匀的SiC单晶。

Description

一种可有效提高SiC单晶质量的方法及装置
技术领域：
本发明属于晶体制备技术领域，具体涉及一种可有效提高SiC单晶质量的方法及装置。
背景技术：
物理气相输送法PVT是宽禁带半导体材料的主流制备方法，大多PVT法生长碳化硅单晶均采用感应加热的方式进行加热。但是，由于目前热场以及坩埚结构设计的原因，导致制备后的晶体质量不佳、生长不够均匀、晶体厚度达不到市场所需求，此外受感应加热原理所限，致使原料利用率较低。
发明内容：
本发明为克服现有SiC在制备过程中原料利用率低的缺陷，提供了一种可有效提高SiC单晶质量的方法及装置，通过改变现有制备的装置结构和制备方法，提高制成的SiC单晶质量，同时提高原料的利用率。
本发明采用的技术方案在于：一种可有效提高SiC单晶质量的装置，包括：坩埚和导流罩，所述坩埚包括坩埚上盖和坩埚主体，籽晶粘贴在坩埚上盖内侧，所述导流罩通过凸台安装在坩埚主体上部的内壁上，所述坩埚主体的下部呈阶梯状腔体，在阶梯状腔体内设有用来盛载原料的承载器，所述承载器设有外沿，且承载器的外沿搭接在阶梯状腔体的顶部，穿过坩埚主体的旋转件带动承载器与坩埚主体产生相对旋转；在导流罩的通道内设有一体结构的石墨滤网。
优选地，所述导流罩为两端开口的筒状，在导流罩的中心开设有圆台型通道，且导流罩的截面小的开口朝向籽晶方向设置，石墨滤网水平设置在导流罩的通道内。
优选地，所述坩埚主体上部与下部内径之差在2-3mm。
优选地，所述承载器的外径小于坩埚主体下部内径1-2mm。
优选地，所述旋转件与承载器的底部为螺纹连接，旋转件的上部采用碳化钽材料制成，旋转件的下部采用石墨材料制成。
一种可有效提高SiC单晶质量的方法，其采用上述装置进行制备，具体包括以下步骤：
S1：将原料放入承载器内，然后将承载器放入坩埚主体中，并将承载器与旋转件建立连接；
S2：将导流罩放在坩埚主体内壁的凸台上，再将籽晶粘贴在坩埚上盖的内侧，然后将坩埚上盖盖合在坩埚主体上；
S3：在坩埚的外侧包裹保温材料后，将其放入石英管内，而后调节感应线圈的高度，使整个热场位于感应线圈内部的适当高度；
S4：通过机械泵进行抽真空后开始加热，长晶期间使坩埚内的温度控制在2200-2400℃之间；
S5：在长晶进行10-30h后，旋转件开始带动承载器进行转动，坩埚主体与籽晶不转动，避免籽晶转动带来应力问题；
S6、生长阶段结束后，逐步降低感应线圈的加热功率，坩埚进入降温阶段；
S7、待坩埚自然冷却后，取出晶体。
优选地，如S5中所述，在长晶过程中，承载器内的原料在长晶期间相对于籽晶和坩埚主体进行转动，加热后产生的碳化硅气流呈螺旋状并穿过石墨滤网继续上升，并且气流中的碳颗粒被石墨滤网阻挡过滤。
本发明的有益效果是：
1、为了避免长晶过程受到硅蒸汽影响，本发明将原料盛装在独立于坩埚主体的承载承载器内，并利用导流罩对气流上升进行导流和过滤，使气流上升更加均匀，有效提高晶体质量，同时双坩埚结构也便于承载器与坩埚主体间的拆卸与取料。
2、本发明在长晶期间，通过使承载器相对籽晶进行转动运动，保持籽晶不动，即可避免籽晶转动带来的额外应力，又可使原料加热更加均匀。
3、本发明结构简单，操作便捷，同时又能得到质量较高、生长较均匀的SiC单晶。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为承载器的结构示意图；
其中：1籽晶、2导流罩、3坩埚上盖、4坩埚主体、5承载器、6旋转件、7石墨滤网、8原料、9保温材料、10测温窗、11石英管、12感应线圈。
具体实施方式：
如图1所示，本发明为一种可有效提高SiC单晶质量的装置，包括：坩埚、籽晶1和导流罩2，所述坩埚包括坩埚上盖3和坩埚主体4，所述籽晶1粘贴在坩埚上盖3的内侧。
所述导流罩2为两端开口的筒状，在导流罩2的中心开设有圆台型通道，导流罩2截面小的开口朝向籽晶1方向设置，在导流罩2的通道内设有一体结构的石墨滤网7，石墨滤网7水平设置在导流罩2的通道内。所述导流罩2通过设置在坩埚主体3上部内壁的凸台安装在坩埚主体3内，所述坩埚主体3的下部呈阶梯状腔体，所述坩埚主体4上部与下部内径之差在2-3mm之间。
如图2所示，在阶梯状腔体内设有用来盛载原料8硅粉的承载器5，承载器5的外径小于坩埚主体4下部内径1-2mm。所述承载器5设有外沿，且承载器5的外沿搭接在阶梯状腔体的顶部，直径不同的承载器5与坩埚主体4嵌套设置。所述承载器5的底部与穿过坩埚主体4的旋转件6螺纹连接，旋转件6的上部与承载器5的连接处采用碳化钽材料制成，旋转件6的下部采用石墨材料制成，该设计方式可避免高温条件下导致石墨件破碎情况的发生。在长晶期间，外部驱动装置通过旋转件6带动承载器5与坩埚主体4和籽晶1产生相对旋转，在承载器5转动过程中由于籽晶1保持不动，可避免籽晶1转动带来的额外应力。
实施例2
实施例2采用实施例1中所述的装置制备SiC单晶。
一种可有效提高SiC单晶质量的方法，具体包括以下步骤：
S1：将原料8放入承载器5内，然后将承载器5放入坩埚主体4中，并将承载器5与旋转件6建立连接；
S2：将导流罩2放在坩埚主体4内壁的凸台上，再将籽晶1粘贴在坩埚上盖3的内侧，然后将坩埚上盖3盖合在坩埚主体4上；
S3：在坩埚整体的外侧包裹保温材料9，并在坩埚上盖3顶部中心留有测温窗10，再将其放入石英管11内，而后调节内感应线圈12的高度，使整个热场位于感应线圈12内部的适当高度；
S4：通过机械泵进行抽真空后开始加热，长晶期间使坩埚内的温度控制在2200-2400℃之间；
S5：在长晶进行10-30h后，旋转件6开始带动承载器5相对于籽晶1和坩埚主体4进行转动，加热后产生的碳化硅气流在导流罩2内呈螺旋状并穿过石墨滤网7继续上升，并且上升气流中的碳颗粒被石墨滤网7阻挡过滤，防止附着到籽晶1表面，形成碳包裹物，又保证了碳化硅晶体的正常生长；由于承载器5旋转时，坩埚主体4与籽晶1不转动，可避免籽晶1转动带来应力问题；
S6、生长阶段结束后，逐步降低感应线圈12的加热功率，坩埚进入降温阶段；
S7、待坩埚自然冷却后，取出晶体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种可有效提高SiC单晶质量的装置，包括：坩埚和导流罩(2)，所述坩埚包括坩埚上盖(3)和坩埚主体(4)，籽晶(1)粘贴在坩埚上盖(3)内侧，所述导流罩(2)通过凸台安装在坩埚主体(4)上部的内壁上，其特征在于，所述坩埚主体(4)的下部呈阶梯状腔体，在阶梯状腔体内设有用来盛载原料(8)的承载器(5)，所述承载器(5)设有外沿，且承载器(5)的外沿搭接在阶梯状腔体的顶部，穿过坩埚主体(4)的旋转件(6)带动承载器(5)与坩埚主体(4)产生相对旋转；在导流罩(2)的通道内设有一体结构的石墨滤网(7)。
2.如权利要求1所述的一种可有效提高SiC单晶质量的装置，其特征在于：所述导流罩(2)为两端开口的筒状，在导流罩(2)的中心开设有圆台型通道，且导流罩(2)的截面小的开口朝向籽晶(1)方向设置，石墨滤网(7)水平设置在导流罩(2)的通道内。
3.如权利要求1或2所述的一种可有效提高SiC单晶质量的装置，其特征在于：所述坩埚主体(4)上部与下部内径之差在2-3mm。
4.如权利要求3所述的一种可有效提高SiC单晶质量的装置，其特征在于：所述承载器(5)的外径小于坩埚主体下部内径1-2mm。
5.如权利要求1所述的一种可有效提高SiC单晶质量的装置，其特征在于：所述旋转件(6)与承载器(5)的底部为螺纹连接，旋转件(6)的上部采用碳化钽材料制成，旋转件(6)的下部采用石墨材料制成。
6.一种可有效提高SiC单晶质量的方法，其采用权利要求1-5任一项所述的装置进行制备，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：将原料(8)放入承载器(5)内，然后将承载器(5)放入坩埚主体(4)中，并将承载器(5)与旋转件(6)建立连接；
S2：将导流罩(2)放在坩埚主体(4)内壁的凸台上，再将籽晶(1)粘贴在坩埚上盖(3)的内侧，然后将坩埚上盖(3)盖合在坩埚主体(4)上；
S3：在坩埚的外侧包裹保温材料(9)后，将其放入石英管(11)内，而后调节感应线圈(12)的高度，使整个热场位于感应线圈(12)内部的适当高度；
S4：通过机械泵进行抽真空后开始加热，长晶期间使坩埚内的温度控制在2200-2400℃之间；
S5：在长晶进行10-30h后，旋转件(6)开始带动承载器(5)进行转动，坩埚主体(4)与籽晶(1)不转动，避免籽晶(1)转动带来应力问题；
S6、生长阶段结束后，逐步降低感应线圈(12)的加热功率，坩埚进入降温阶段；
S7、待坩埚自然冷却后，取出晶体。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：如S5中所述，在长晶过程中，承载器(5)内的原料(8)在长晶期间相对于籽晶(1)和坩埚主体(4)进行转动，加热后产生的碳化硅气流呈螺旋状并穿过石墨滤网(7)继续上升，并且气流中的碳颗粒被石墨滤网(7)阻挡过滤。
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