CN114438593A - 一种碳化硅单晶生长装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳化硅技术领域，尤其涉及一种碳化硅单晶生长装置。本发明通过用于盛放碳化硅单晶生长原料的坩埚，以及加热筒，还包括设置在坩埚上的升降杆单元，设置在升降杆单元上的箱体单元，以及设置在箱体单元上并用于调整升降杆单元位置的转盘单元起到了灵活调整加热温度的技术效果。本发明具有结构简单，安装方便，通过升降杆调整坩埚与加热筒的相对位置以实现温度控制，并且设置挤压杆部使得坩埚上升到一定高度便实现自锁功能停止上升避免与加热筒脱离导致温度过低，以及设置伸缩柱部使得坩埚下降到一定高度亦可实现自锁功能避免与加热筒接触导致温度过高，同时设置了弹簧、传动杆、传动绳等传动结构用于实现自动锁定和自动解锁的优点。
Description
技术领域
本发明属于碳化硅技术领域，尤其涉及一种碳化硅单晶生长装置。
背景技术
碳化硅是一种无机物，是用石英砂、石油焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅是现今最受关注的第三代半导体材料之一，其在高温、高压、高频等条件下性能优异，在半导体照明光电器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器件、太阳能电池和生物传感器等其他器件等方面展现出了巨大的潜力，碳化硅晶型的稳定与生长环境密切相关，一般加热温度在2000℃-2300℃的范围条件下，而传统的碳化硅单晶生长装置加热温度较为固定，使得生长过程中的碳化硅晶体很不稳定，容易发生相变，所以市场上急需一种可以灵活调整加热温度的碳化硅单晶生长装置。
公开号为CN113622016A，公开日为2021-11-09的中国发明专利公开了一种碳化硅晶体生长装置和晶体生长方法。碳化硅晶体生长装置包括坩埚和网状件；网状件设置在坩埚的坩埚体中，且网状件的周缘与坩埚体的内壁抵持；网状件呈朝向坩埚体底部的凹状；坩埚底部被配置为用于盛放原料粉料，网状件被配置为贴合覆盖原料粉料，原料粉料朝向坩埚体顶面的表面具有与网状件相适配的凹状。
虽然该发明具有有效利用热场，使得晶体内应力下降以及氮掺杂更加均匀的优点；但是该发明还存在加热原件位置无法调整进而不易灵活调整加热温度的缺点。
发明内容
本发明目的是提供一种碳化硅单晶生长装置，本发明通过用于盛放碳化硅单晶生长原料的坩埚，以及加热筒，还包括设置在坩埚上的升降杆单元，设置在升降杆单元上的箱体单元，以及设置在箱体单元上并用于调整升降杆单元位置的转盘单元起到了灵活调整加热温度的技术效果。本发明具有结构简单，安装方便，通过升降杆调整坩埚与加热筒的相对位置以实现温度控制，并且设置挤压杆部使得坩埚上升到一定高度便实现自锁功能停止上升避免与加热筒脱离导致温度过低，以及设置伸缩柱部使得坩埚下降到一定高度亦可实现自锁功能避免与加热筒接触导致温度过高，同时设置了弹簧、传动杆、传动绳等传动结构用于实现自动锁定和自动解锁的优点。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种碳化硅单晶生长装置，包括用于盛放碳化硅单晶生长原料的坩埚，以及加热筒，还包括设置在所述坩埚上的升降杆单元，设置在所述升降杆单元上的箱体单元，以及设置在所述箱体单元上并用于调整所述升降杆单元位置的转盘单元。
进一步优选的技术方案在于：所述升降杆单元包括连接在所述坩埚上的升降杆，设置在所述升降杆上的升降板，以及设置在所述升降板上并用于螺接所述转盘单元的内螺纹孔；所述箱体单元包括箱体，设置在所述箱体上并用于安装所述升降杆的升降杆孔；所述转盘单元包括设置在所述箱体内侧面上并用于螺接所述内螺纹孔的螺纹杆。
进一步优选的技术方案在于：所述箱体单元包括还包括设置在所述箱体上并用于安装所述转盘单元的转盘柱孔；所述转盘单元还包括设置在所述螺纹杆上的转盘柱，以及设置在所述转盘柱上的转盘。
进一步优选的技术方案在于：所述箱体单元还包括设置在所述箱体并用于安装所述转盘单元的挤压杆孔，以及设置在所述挤压杆孔内环面上的挤压杆限位槽；所述转盘单元还包括设置在所述螺纹杆上且安装在所述挤压杆孔中并用于卡合所述挤压杆限位槽的挤压杆部。
进一步优选的技术方案在于：所述升降杆单元还包括设置在所述升降杆上的升降杆限位槽；所述箱体单元还包括设置在所述箱体上并用于卡合所述升降杆限位槽的伸缩柱部。
进一步优选的技术方案在于：所述挤压杆部包括挤压杆，设置在所述挤压杆上的挤压杆空腔，设置在所述挤压杆上并与所述挤压杆空腔连通的挤压杆限位柱孔，设置在所述挤压杆限位柱孔上的挤压杆限位柱，设置在所述挤压杆上并与所述挤压杆空腔连通的活动柱孔，设置在所述活动柱孔上的活动柱，设置在所述活动柱上的弹簧柱，设置在所述弹簧柱上的弹簧，设置在所述弹簧柱上并用于顶起所述弹簧的顶起板，设置在所述弹簧柱上的绳孔，以及设置在所述挤压杆限位柱上且穿过所述绳孔上并用于连接所述挤压杆空腔内侧面的拉动绳。
进一步优选的技术方案在于：所述挤压杆部还包括设置在所述挤压杆限位柱上的拉簧板，以及设置在所述拉簧板上且套接在所述挤压杆限位柱上并用于连接所述挤压杆空腔内侧面的拉簧。
进一步优选的技术方案在于：所述箱体单元还包括设置在所述箱体上的伸缩柱空腔，设置在所述箱体上且与所述伸缩柱空腔连通并用于安装所述伸缩柱部的伸缩柱孔和滑动柱孔；所述伸缩柱部包括设置在所述伸缩柱孔上的伸缩柱，设置在所述伸缩柱上的连接柱，设置在所述滑动柱孔上的滑动柱，设置在所述连接柱与所述滑动柱上的传动柱，设置在所述连接柱上的弹簧环，设置在所述伸缩柱空腔内侧底面上的弹簧筒，以及设置在所述弹簧筒上并用于顶起所述弹簧环的顶起弹簧。
进一步优选的技术方案在于：所述伸缩柱部还包括设置在所述滑动柱上的滑动柱槽，以及设置在所述伸缩柱空腔内侧底面上并用于安装所述滑动柱槽的支撑柱。
进一步优选的技术方案在于：所述转盘单元还包括设置在所述转盘柱上的卡合环，以及设置在所述箱体内侧顶面上并用于安装所述卡合环的内环槽体。
本发明通过用于盛放碳化硅单晶生长原料的坩埚，以及加热筒，还包括设置在坩埚上的升降杆单元，设置在升降杆单元上的箱体单元，以及设置在箱体单元上并用于调整升降杆单元位置的转盘单元起到了灵活调整加热温度的技术效果。本发明具有结构简单，安装方便，通过升降杆调整坩埚与加热筒的相对位置以实现温度控制，并且设置挤压杆部使得坩埚上升到一定高度便实现自锁功能停止上升避免与加热筒脱离导致温度过低，以及设置伸缩柱部使得坩埚下降到一定高度亦可实现自锁功能避免与加热筒接触导致温度过高，同时设置了弹簧、传动杆、传动绳等传动结构用于实现自动锁定和自动解锁的优点。
附图说明
图1为本发明中碳化硅单晶生长装置整体的结构示意图。
图2为本发明中箱体内部零部件的结构示意图。
图3为本发明中挤压杆部的结构示意图。
图4为本发明中伸缩柱部的结构示意图。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例：如附图1、2、3以及附图4所示，一种碳化硅单晶生长装置，包括用于盛放碳化硅单晶生长原料的坩埚11，以及加热筒12，还包括设置在所述坩埚11上的升降杆单元1，设置在所述升降杆单元1上的箱体单元2，以及设置在所述箱体单元2上并用于调整所述升降杆单元1位置的转盘单元3。
在本实施例中，所述坩埚11为现有技术中的高密度石墨坩埚，其中设有制备碳化硅晶体的原料，主要包括SiC粉料，所述加热筒12采用现有技术中的中频感应加热方式，所述坩埚11设置在所述加热筒12之中以获得加热能量。
此外，所述升降杆单元1连接在所述坩埚11的上顶面，用于调整所述坩埚11在所述加热筒12中的位置，越靠下获得的热量越高，越靠上获得的能量越少，从而实现了灵活控制温度的效果，所述箱体单元2起到了安装所述升降杆单元1的技术效果，所述转盘单元3设置在所述箱体单元2的顶部，设置的目的是用于调整升降杆单元1进入所述箱体单元2的长度进而实现了调整所述坩埚11高度的技术效果。
所述升降杆单元1包括连接在所述坩埚11上的升降杆101，设置在所述升降杆101上的升降板102，以及设置在所述升降板102上并用于螺接所述转盘单元3的内螺纹孔103；所述箱体单元2包括箱体201，设置在所述箱体201上并用于安装所述升降杆101的升降杆孔202；所述转盘单元3包括设置在所述箱体201内侧面上并用于螺接所述内螺纹孔103的螺纹杆301。
在本实施例中，所述升降杆101在所述坩埚11的上顶面左右各设置一个，并通过所述升降杆孔202插入到所述箱体201中，所述升降板102设置在所述箱体201中并且连接在两个所述升降杆101上顶面上，使得所述升降杆101不会从所述箱体201中脱离，所述螺纹杆301螺接在所述内螺纹孔103中，通过旋转所述螺纹杆301即可通过所述内螺纹孔103带动所述升降板102上下移动，进而实现上下移动所述升降杆101的技术效果。
所述箱体单元2包括还包括设置在所述箱体201上并用于安装所述转盘单元3的转盘柱孔203；所述转盘单元3还包括设置在所述螺纹杆301上的转盘柱302，以及设置在所述转盘柱302上的转盘303；
在本实施例中，转动所述转盘303即可带动所述转盘柱302旋转，进而带动所述螺纹杆301旋转。
所述箱体单元2还包括设置在所述箱体201并用于安装所述转盘单元3的挤压杆孔204，以及设置在所述挤压杆孔204内环面上的挤压杆限位槽205；所述转盘单元3还包括设置在所述螺纹杆301上且安装在所述挤压杆孔204中并用于卡合所述挤压杆限位槽205的挤压杆部304。
在本实施例中，所述挤压杆孔204使得所述挤压杆部304暴露在所述箱体201之外，可以与所述坩埚11的上顶面接触，所述螺纹杆301上设有固定结构使得所述螺纹杆301可以旋转但不会向下掉落，当所述升降杆101上升到一定程度时，所述坩埚11的上顶面与所述挤压杆部304接触，使得所述挤压杆部304与所述挤压杆孔204卡合在一起，进而使得所述螺纹杆301停止转动，起到了自锁定的技术效果。
所述升降杆单元1还包括设置在所述升降杆101上的升降杆限位槽104；所述箱体单元2还包括设置在所述箱体201上并用于卡合所述升降杆限位槽104的伸缩柱部206。
在本实施例中，伸缩柱部206设置在所述箱体201上，当所述升降板102下降到足够低的位置时，会对所述伸缩柱部206产生挤压作用，所述伸缩柱部206便会与所述升降杆限位槽104卡合使得所述升降杆101停止下降，同样起到了自锁定的技术效果，所述伸缩柱部206和所述挤压杆部304配合设置起到了限制所述坩埚11上下活动范围的技术效果。
所述挤压杆部304包括挤压杆304a，设置在所述挤压杆304a上的挤压杆空腔304b，设置在所述挤压杆304a上并与所述挤压杆空腔304b连通的挤压杆限位柱孔304c，设置在所述挤压杆限位柱孔304c上的挤压杆限位柱304d，设置在所述挤压杆304a上并与所述挤压杆空腔304b连通的活动柱孔304e，设置在所述活动柱孔304e上的活动柱304f，设置在所述活动柱304f上的弹簧柱304g，设置在所述弹簧柱304g上的弹簧304h，设置在所述弹簧柱304g上并用于顶起所述弹簧304h的顶起板304i，设置在所述弹簧柱304g上的绳孔304j，以及设置在所述挤压杆限位柱304d上且穿过所述绳孔304j上并用于连接所述挤压杆空腔304b内侧面的拉动绳304k。
在本实施例中，当所述坩埚11停止对所述挤压杆部304的挤压作用时，所述活动柱304f在所述弹簧304h的挤压作用下沿着所述活动柱孔304e向所述挤压杆空腔304b外部移动，从而带动所述弹簧柱304g向所述挤压杆空腔304b外部移动，这样一来，所述绳孔304j便带动所述拉动绳304k由绷直状态转为弯折状态，在所述拉动绳304k长度不改变的情况下，所述挤压杆限位柱304d与所述绳孔304j之间的所述拉动绳304k长度缩短，使得所述挤压杆限位柱304d向所述挤压杆空腔304b内部移动，最终使得所述挤压杆限位柱304d与所述挤压杆限位槽205脱离使得所述螺纹杆301恢复转动。
所述挤压杆部304还包括设置在所述挤压杆限位柱304d上的拉簧板304m，以及设置在所述拉簧板304m上且套接在所述挤压杆限位柱304d上并用于连接所述挤压杆空腔304b内侧面的拉簧304n。
在本实施例中，当所述坩埚11向上移动对所述挤压杆部304产生的挤压作用时，所述活动柱304f挤压所述弹簧304h的并沿着所述活动柱孔304e向所述挤压杆空腔304b内部移动，从而带动所述弹簧柱304g向所述挤压杆空腔304b内部移动，这样一来，所述绳孔304j便带动所述拉动绳304k由弯折状态转为绷直状态，在所述拉动绳304k长度不改变的情况下，所述挤压杆限位柱304d与所述绳孔304j之间的所述拉动绳304k长度增加，并且在所述拉簧304n的拉动作用下使得所述挤压杆限位柱304d向所述挤压杆空腔304b外部移动，最终使得所述挤压杆限位柱304d与所述挤压杆限位槽205重新卡合，使得所述螺纹杆301停止转动。
所述箱体单元2还包括设置在所述箱体201上的伸缩柱空腔207，设置在所述箱体201上且与所述伸缩柱空腔207连通并用于安装所述伸缩柱部206的伸缩柱孔208和滑动柱孔209；所述伸缩柱部206包括设置在所述伸缩柱孔208上的伸缩柱206a，设置在所述伸缩柱206a上的连接柱206b，设置在所述滑动柱孔209上的滑动柱206c，设置在所述连接柱206b与所述滑动柱206c上的传动柱206d，设置在所述连接柱206b上的弹簧环206e，设置在所述伸缩柱空腔207内侧底面上的弹簧筒206f，以及设置在所述弹簧筒206f上并用于顶起所述弹簧环206e的顶起弹簧206g。
在本实施例中，当所述升降板102向下挤压所述伸缩柱部206时，所述伸缩柱206a受到挤压沿着所述伸缩柱孔208向所述伸缩柱空腔207内部移动，并通过所述连接柱206b带动所述传动柱206d一端向下移动，使得所述传动柱206d由倾斜转为水平，在所述传动柱206d的长度保持不变以及所述连接柱206b左右位置保持不变的情况下，所述滑动柱206c只能沿着所述滑动柱孔209向所述伸缩柱空腔207外部移动，从而滑入所述升降杆限位槽104中。
此外，所述升降杆限位槽104在所述升降柱101上设置的位置经过精密测量，在升降过程中刚好可以与所述滑动柱206c卡合在一起，用于实现自锁定作用，并且所述升降杆限位槽104设置的足够大以使得所述滑动柱206c与所述升降杆限位槽104卡合在一起后所述升降柱101仍有一定的上下活动空间以实现解锁功能。
所述伸缩柱部206还包括设置在所述滑动柱206c上的滑动柱槽206h，以及设置在所述伸缩柱空腔207内侧底面上并用于安装所述滑动柱槽206h的支撑柱206i。
在本实施例中，所述支撑柱206i插入所述滑动柱槽206h以用于支撑所述滑动柱206c的左右滑动过程。
所述转盘单元3还包括设置在所述转盘柱302上的卡合环305，以及设置在所述箱体201内侧顶面上并用于安装所述卡合环305的内环槽体306。
在本实施例中，所述卡合环305卡合在所述内环槽体306中以使得所述螺纹杆301在在所述箱体201中可以保持旋转而不会上下移动。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种碳化硅单晶生长装置，包括用于盛放碳化硅单晶生长原料的坩埚（11），以及加热筒（12），其特征在于，还包括设置在所述坩埚（11）上的升降杆单元（1），设置在所述升降杆单元（1）上的箱体单元（2），以及设置在所述箱体单元（2）上并用于调整所述升降杆单元（1）位置的转盘单元（3）。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述升降杆单元（1）包括连接在所述坩埚（11）上的升降杆（101），设置在所述升降杆（101）上的升降板（102），以及设置在所述升降板（102）上并用于螺接所述转盘单元（3）的内螺纹孔（103）；所述箱体单元（2）包括箱体（201），设置在所述箱体（201）上并用于安装所述升降杆（101）的升降杆孔（202）；所述转盘单元（3）包括设置在所述箱体（201）内侧面上并用于螺接所述内螺纹孔（103）的螺纹杆（301）。
3.根据权利要求2所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述箱体单元（2）包括还包括设置在所述箱体（201）上并用于安装所述转盘单元（3）的转盘柱孔（203）；所述转盘单元（3）还包括设置在所述螺纹杆（301）上的转盘柱（302），以及设置在所述转盘柱（302）上的转盘（303）。
4.根据权利要求2所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述箱体单元（2）还包括设置在所述箱体（201）并用于安装所述转盘单元（3）的挤压杆孔（204），以及设置在所述挤压杆孔（204）内环面上的挤压杆限位槽（205）；所述转盘单元（3）还包括设置在所述螺纹杆（301）上且安装在所述挤压杆孔（204）中并用于卡合所述挤压杆限位槽（205）的挤压杆部（304）。
5.根据权利要求2所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述升降杆单元（1）还包括设置在所述升降杆（101）上的升降杆限位槽（104）；所述箱体单元（2）还包括设置在所述箱体（201）上并用于卡合所述升降杆限位槽（104）的伸缩柱部（206）。
6.根据权利要求4所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述挤压杆部（304）包括挤压杆（304a），设置在所述挤压杆（304a）上的挤压杆空腔（304b），设置在所述挤压杆（304a）上并与所述挤压杆空腔（304b）连通的挤压杆限位柱孔（304c），设置在所述挤压杆限位柱孔（304c）上的挤压杆限位柱（304d），设置在所述挤压杆（304a）上并与所述挤压杆空腔（304b）连通的活动柱孔（304e），设置在所述活动柱孔（304e）上的活动柱（304f），设置在所述活动柱（304f）上的弹簧柱（304g），设置在所述弹簧柱（304g）上的弹簧（304h），设置在所述弹簧柱（304g）上并用于顶起所述弹簧（304h）的顶起板（304i），设置在所述弹簧柱（304g）上的绳孔（304j），以及设置在所述挤压杆限位柱（304d）上且穿过所述绳孔（304j）上并用于连接所述挤压杆空腔（304b）内侧面的拉动绳（304k）。
7.根据权利要求6所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述挤压杆部（304）还包括设置在所述挤压杆限位柱（304d）上的拉簧板（304m），以及设置在所述拉簧板（304m）上且套接在所述挤压杆限位柱（304d）上并用于连接所述挤压杆空腔（304b）内侧面的拉簧（304n）。
8.根据权利要求5所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述箱体单元（2）还包括设置在所述箱体（201）上的伸缩柱空腔（207），设置在所述箱体（201）上且与所述伸缩柱空腔（207）连通并用于安装所述伸缩柱部（206）的伸缩柱孔（208）和滑动柱孔（209）；所述伸缩柱部（206）包括设置在所述伸缩柱孔（208）上的伸缩柱（206a），设置在所述伸缩柱（206a）上的连接柱（206b），设置在所述滑动柱孔（209）上的滑动柱（206c），设置在所述连接柱（206b）与所述滑动柱（206c）上的传动柱（206d），设置在所述连接柱（206b）上的弹簧环（206e），设置在所述伸缩柱空腔（207）内侧底面上的弹簧筒（206f），以及设置在所述弹簧筒（206f）上并用于顶起所述弹簧环（206e）的顶起弹簧（206g）。
9.根据权利要求8所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述伸缩柱部（206）还包括设置在所述滑动柱（206c）上的滑动柱槽（206h），以及设置在所述伸缩柱空腔（207）内侧底面上并用于安装所述滑动柱槽（206h）的支撑柱（206i）。
10.根据权利要求3所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述转盘单元（3）还包括设置在所述转盘柱（302）上的卡合环（305），以及设置在所述箱体（201）内侧顶面上并用于安装所述卡合环（305）的内环槽体（306）。
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