CN114703548A - 一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于碳化硅晶体技术领域，尤其涉及一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置。本发明通过坩埚主体，加热板，底座单元，放置板，旋转柱单元，以及夹持板单元起到了快速在加热装置和非加热装置之间移动制备碳化硅晶体坩埚的技术效果。本发明具有下列优点：通过夹持作用在加热和非加热装置之间移动坩埚，减少对设备的损坏以及方便在损坏后替换相应部件；通过一步按压操作对夹持用弹簧的解锁即可实现对坩埚的夹持作用；通过夹持装置与旋转柱配合，仅需一步旋转操作即可将坩埚移动到指定地点，快速且精准；旋转柱中设置了回弹机构使得在自然状态下夹持装置始终位于非加热装置上方，避免在坩埚加热过程中因操作不当而损坏夹持装置。

Description

一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置

技术领域

本发明属于碳化硅晶体技术领域，尤其涉及一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置。

背景技术

碳化硅晶体是一种碳和硅形成的稳定的化合物，自然界中存在极少，主要通过人工合成制备，其晶格结构由致密排列的两个亚晶格组成，碳化硅晶体的禁带宽度为硅的2-3倍，热导率约为硅的4.4倍，临界击穿电场约为硅的8倍，电子的饱和漂移速度为硅的2倍。碳化硅晶体的这些性能使其成为高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件的优选材料，通常采用物理气相沉积发制备碳化硅晶体，主要的过程是物理过程，没有发生化学反应，原料气体是碳化硅，生长得到的也是碳化硅，例如公开号为CN105734665A，公开日为2016-07-06的中国发明专利公开了一种物理气相沉积制备碳化硅晶体的坩埚，包括坩埚本体和坩埚上盖，所述坩埚上盖位于坩埚本体的上端，所述坩埚本体内的底部竖直设有多块导热片，且导热片之间相互平行，所述坩埚本体的内侧壁上设有凸块，所述凸块的上端设有圆形挡板，所述圆形挡板的上侧设有多个空心柱，所述圆形挡板的下部空间通过通孔与空心柱的内腔连通，所述空心柱远离圆形挡板的一端为封闭结构，所述空心柱以圆形挡板的轴线呈圆周对称。

虽然该发明具有初步制备碳化硅晶体的优点；但是该发明还存在碳化硅加热温度不易调整的缺点。所以为了解决该问题，后来出现了可移动式碳化硅生长坩埚，例如公告号为CN207919020U，公告日为2018-09-28的中国实用新型专利公开了一种种可移动的碳化硅生长坩埚平台，包括传送机构，坩埚生长装置以及控制器，其具有控制所述碳热还原反应室和所述碳化硅晶体生长室内温度的优点，但是在实际操作中采用传送带传输机构移动缓慢，结构复杂且容易被过热的坩埚损坏传送带装置。

所以综上所述，目前急需一种可以在加热过程结束后方便移动过热坩埚的碳化硅晶体制备装置。

发明内容

本发明目的是提供一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，本发明通过包括坩埚主体，安装在所述坩埚主体底部的加热板，用于安装所述加热板的底座单元，设置在所述底座单元上的放置板，设置在所述底座单元上的旋转柱单元，以及设置在所述旋转柱单元上并用于夹持所述坩埚主体的夹持板单元起到了快速在加热装置和非加热装置之间移动制备碳化硅晶体坩埚的技术效果。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，包括坩埚主体，安装在所述坩埚主体底部的加热板，用于安装所述加热板的底座单元，设置在所述底座单元上的放置板，设置在所述底座单元上的旋转柱单元，以及设置在所述旋转柱单元上并用于夹持所述坩埚主体的夹持板单元。

进一步优选的技术方案在于：所述夹持板单元包括设置在所述旋转柱单元上的悬臂，设置在所述悬臂上的滑动槽，设置在所述滑动槽中的活动夹持板，以及设置在所述悬臂上且用于配合所述活动夹持板夹持所述坩埚主体的固定夹持板。

进一步优选的技术方案在于：所述夹持板单元还包括设置在所述活动夹持板上的滑动孔，设置在所述滑动槽内侧面上并用于插入所述滑动孔的滑动杆，以及套接在所述滑动杆上并用于顶起所述活动夹持板侧面的滑动杆弹簧。

进一步优选的技术方案在于：所述旋转柱单元包括设置在所述底座单元上并用于安装所述悬臂的旋转柱，设置在所述旋转柱上的旋转柱空腔，设置在所述旋转柱上的旋转块，设置在所述旋转块上的按动柱孔，设置在所述旋转柱上并用于连通所述按动柱孔和所述旋转柱空腔的第一连接柱孔，插入在所述按动柱孔中的按动柱，设置在所述按动柱上并用于插入所述第一连接柱孔的第一连接柱；所述夹持板单元还包括设置在所述悬臂和所述旋转柱上并用于连通所述滑动槽和所述旋转柱空腔的第二连接柱孔，以及设置在所述活动夹持板侧面上并用于插入所述第二连接柱孔的第二连接柱；所述旋转柱单元还包括设置在所述第一连接柱上并用于连接所述第二连接柱的连接绳，以及设置在所述旋转柱空腔内侧面上并用于顶起所述连接绳的转向柱。

进一步优选的技术方案在于：所述旋转柱单元还包括套接在所述第一连接柱上并用于顶起所述按动柱的按动柱弹簧，设置在所述按动柱侧面上的按动柱槽，以及设置在所述按动柱孔内侧面上并用于插入所述按动柱槽的按动柱限位块。

进一步优选的技术方案在于：所述旋转柱单元还包括设置在所述旋转柱上的旋转连接柱；所述底座单元包括底座，设置在所述底座上的底座柱，以及设置在所述底座柱上并用于安装所述旋转连接柱的旋转柱槽。

进一步优选的技术方案在于：所述底座单元还包括设置在所述旋转柱槽内侧面上的弧形槽；所述旋转柱单元还包括设置在所述旋转连接柱侧面上并用于插入所述弧形槽的弧形块。

进一步优选的技术方案在于：所述底座单元还包括设置在所述弧形槽内侧面上并用于连接所述弧形块的弹力绳。

进一步优选的技术方案在于：所述夹持板单元还包括设置在所述活动夹持板和固定夹持板上的隔热垫片。

进一步优选的技术方案在于：所述旋转柱单元还包括设置在所述旋转块外侧面上的指尖槽。

本发明具有以下优点：

第一，通过夹持作用在加热和非加热装置之间移动坩埚，减少与过热坩埚之间接触面积，减少对设备的损坏以及方便在损坏后替换相应部件。

第二，通过一步按压操作对夹持用弹簧的解锁即可实现对坩埚的夹持作用。

第三，通过夹持装置与旋转柱配合，仅需一步旋转操作即可将坩埚移动到指定地点，快速且精准。

第四，旋转柱中设置了回弹机构使得在自然状态下夹持装置始终位于非加热装置上方，避免在坩埚加热过程中因操作不当而损坏夹持装置。

附图说明

图1为本发明中夹持装置整体以及夹持坩埚位于加热装置上的结构示意图。

图2为本发明中夹持装置整体以及夹持坩埚位于非加热装置上的结构示意图。

图3为本发明中旋转柱单元与夹持板单元连接方式以及内部连接关系的结构示意图。

图4为本发明中夹持板单元的结构示意图。

图5为本发明中旋转柱单元与夹持板单元连接方式以及内部连接关系的结构示意图。

图6为本发明中弧形槽安装位置以及弹力绳处于非拉伸状态下的结构示意图。

图7为本发明中弧形槽安装位置以及弹力绳处于拉伸状态下的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件如下：坩埚主体11，加热板12，放置板13，底座单元1，旋转柱单元2，夹持板单元3，底座101，底座柱102，旋转柱槽103，弧形槽104，弹力绳105，旋转柱201，旋转柱空腔202，旋转块203，按动柱孔204，第一连接柱孔205，按动柱206，第一连接柱207，连接绳208，转向柱209，按动柱弹簧210，按动柱槽211，按动柱限位块212，旋转连接柱213，弧形块214，指尖槽215，悬臂301，滑动槽302，活动夹持板303，固定夹持板304，滑动孔305，滑动杆306，滑动杆弹簧307，第二连接柱孔308，第二连接柱309，隔热垫片310。

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1-7所示，一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，包括坩埚主体11，安装在所述坩埚主体11底部的加热板12，用于安装所述加热板12的底座单元1，设置在所述底座单元1上的放置板13，设置在所述底座单元1上的旋转柱单元2，以及设置在所述旋转柱单元2上并用于夹持所述坩埚主体11的夹持板单元3。

在本实施例中，所述坩埚主体11主要原料为石墨，具有耐高温、导热性能强、抗腐蚀性能好，使用寿命长等特点，在高温使用过程中，热膨胀系数小，对急冷、急热具有一定抗应变性能。对酸性、碱性溶液抗蚀性较强，具有优良的化学稳定性，在熔炼过程中不参与任何化学反应，制备碳化硅时，将一定比例的碳粉和硅粉混合均匀后放入所述坩埚主体11中，通过所述加热板12加热使得碳、硅元素通过气相沉积的方式附着在所述坩埚主体11中的籽晶上完成碳化硅晶片的制备过程。

此外，所述坩埚主体11在制备过程完成后温度过高，如若想要从所述坩埚主体11中取出制备完成的碳化硅晶片，则需要首先将所述坩埚主体11从所述加热板12上拿开，放置在固定台上冷却才能进行下一步的取出操作，于是使用了所述夹持板单元3通过夹持作用将所述坩埚主体11从所述加热板12上夹走并放置在所述放置板13上冷却，所述夹持板单元3设置在所述旋转柱单元2上，通过在所述底座单元1上旋转将所述坩埚主体11旋转180°之后放置在所述放置板13上。

所述夹持板单元3包括设置在所述旋转柱单元2上的悬臂301，设置在所述悬臂301上的滑动槽302，设置在所述滑动槽302中的活动夹持板303，以及设置在所述悬臂301上且用于配合所述活动夹持板303夹持所述坩埚主体11的固定夹持板304。

在本实施例中，为了夹持所述坩埚主体11，在位于所述坩埚主体11上方的所述悬臂301上设置了一对夹持装置，分别为所述活动夹持板303和固定夹持板304，所述固定夹持板304设置在所述悬臂301上位于远离所述旋转柱单元2一端的底面上，所述滑动槽302设置在所述悬臂301上位于靠近所述旋转柱单元2一端的底面上并用于安装所述活动夹持板303，所述活动夹持板303可以在所述滑动槽302上朝向或者远离所述固定夹持板304的方向自由滑动，并且通过限位结构使得所述活动夹持板303不会从所述滑动槽302中掉落，使用时仅需掰动所述活动夹持板303与所述固定夹持板304配合夹持所述坩埚主体11，如若冷却即可通过旋转所述旋转柱单元2将所述坩埚主体11从所述加热板12上转移到所述放置板13上实现。

所述夹持板单元3还包括设置在所述活动夹持板303上的滑动孔305，设置在所述滑动槽302内侧面上并用于插入所述滑动孔305的滑动杆306，以及套接在所述滑动杆306上并用于顶起所述活动夹持板303侧面的滑动杆弹簧307。

在本实施例中，所述活动夹持板303通过设置在其上的所述滑动孔305安装在所述滑动杆306的方式固定在所述滑动槽302中并实现左右移动，所述滑动杆弹簧307通过顶起所述活动夹持板303的侧面使得所述活动夹持板303在不受外力的自然状态下始终保持与所述固定夹持板304相配合的夹持状态。

所述旋转柱单元2包括设置在所述底座单元1上并用于安装所述悬臂301的旋转柱201，设置在所述旋转柱201上的旋转柱空腔202，设置在所述旋转柱201上的旋转块203，设置在所述旋转块203上的按动柱孔204，设置在所述旋转柱201上并用于连通所述按动柱孔204和所述旋转柱空腔202的第一连接柱孔205，插入在所述按动柱孔204中的按动柱206，设置在所述按动柱206上并用于插入所述第一连接柱孔205的第一连接柱207；所述夹持板单元3还包括设置在所述悬臂301和所述旋转柱201上并用于连通所述滑动槽302和所述旋转柱空腔202的第二连接柱孔308，以及设置在所述活动夹持板303侧面上并用于插入所述第二连接柱孔308的第二连接柱309；所述旋转柱单元2还包括设置在所述第一连接柱207上并用于连接所述第二连接柱309的连接绳208，以及设置在所述旋转柱空腔202内侧面上并用于顶起所述连接绳208的转向柱209。

在本实施例中，为了在不接触所述活动夹持板303的状态下控制所述活动夹持板303的夹持状态，于是设置了所述按动柱206通过第一连接柱207、连接绳208以及第二连接柱309与所述活动夹持板303相连接，若想使得所述活动夹持板303远离所述固定夹持板304形成打开状态，只需向上拉动所述按动柱206客服所述滑动杆弹簧307的弹性力即可实现，向上拉动所述按动柱206时，所述第一连接柱207沿着所述第一连接柱孔205向上移动，带动所述连接绳208上端向上移动，如附图3所示，通过所述转向柱209对所述连接绳208的换向作用使得所述第二连接柱309沿着所述第二连接柱孔308向所述旋转柱空腔202方向移动，最终带动所述活动夹持板303沿着所述滑动槽302朝向所述旋转柱201方向移动。

所述旋转柱单元2还包括套接在所述第一连接柱207上并用于顶起所述按动柱206的按动柱弹簧210，设置在所述按动柱206侧面上的按动柱槽211，以及设置在所述按动柱孔204内侧面上并用于插入所述按动柱槽211的按动柱限位块212。

在本实施例中，为了通过按动作用实现所述活动夹持板303的夹持功能，于是设置了所述按动柱弹簧210用于在自然状态下顶起所述按动柱206，所述按动柱弹簧210的推力高于所述滑动杆弹簧307产生的推力，这样一来使得在自然状态下所述活动夹持板303处于被所述第二连接柱309朝向所述旋转柱201拉动的状态，即与所述固定夹持板304处于打开状态，此时向下按压所述按动柱206克服了所述按动柱弹簧210的推力，使得所述滑动杆弹簧307的推动力推动所述活动夹持板303朝向所述固定夹持板304移动，即与所述固定夹持板304处于夹持状态。

此外，所述按动柱限位块212卡合在所述按动柱槽211上，使得所述按动柱206即使受到来自所述按动柱弹簧210的强大推力也不会从所述按动柱孔204中脱离出去。

所述旋转柱单元2还包括设置在所述旋转柱201上的旋转连接柱213；所述底座单元1包括底座101，设置在所述底座101上的底座柱102，以及设置在所述底座柱102上并用于安装所述旋转连接柱213的旋转柱槽103。

在本实施例中，所述旋转连接柱213插入所述旋转柱槽103中，使得所述旋转柱201可旋转式的安装在所述底座柱102上，所述底座柱102设置在所述底座101上的上顶面中央处，左右各设置了所述加热板12和放置板13，于是所述旋转柱201可通过旋转的方式通过两个夹持板的夹持作用带动所述坩埚主体11在所述加热板12和放置板13之间来回移动，便于上料和下料作业。

所述底座单元1还包括设置在所述旋转柱槽103内侧面上的弧形槽104；所述旋转柱单元2还包括设置在所述旋转连接柱213侧面上并用于插入所述弧形槽104的弧形块214。

在本实施例中，所述弧形块214通过插入所述弧形槽104的方式使得所述旋转连接柱213可以在所述旋转柱槽103中转动但是不会与其脱离，并且所述弧形槽104的开槽弧度为180°，通过所述弧形块214限制了所述旋转柱201的旋转角度仅为180°，使其旋转起点为所述放置板13，旋转终点为所述加热板12。

所述底座单元1还包括设置在所述弧形槽104内侧面上并用于连接所述弧形块214的弹力绳105。

在本实施例中，通过在所述弧形槽104的起始位置，即为靠近所述放置板13一侧的位置设置了所述弹力绳105用于拉动所述弧形块214，当所述弧形块214转动到终点位置，如附图7所示，所述弹力绳105被拉长，积蓄弹性势能，当所述旋转柱201失去外力支撑时，所述弧形块214被所述弹力绳105拉回起始位置，使得所述夹持板单元3在不受外力的自然状况下始终位于所述放置板13，避免加热时所述夹持板单元3仍处于所述加热板12在加热过程中遭受损坏。

所述夹持板单元3还包括设置在所述活动夹持板303和固定夹持板304上的隔热垫片310。

在本实施例中，所述隔热垫片310采用耐热软质材料构成，可以有效防止过热的所述坩埚主体11在夹持过程中热损伤所述活动夹持板303和固定夹持板304，同时提供足够的摩擦力使得所述活动夹持板303和固定夹持板304有效夹持起来所述坩埚主体11。

此外，相比于其他坩埚移动装置，所述隔热垫片310在热损坏之后更换更加容易更换，维修方便。

所述旋转柱单元2还包括设置在所述旋转块203外侧面上的指尖槽215。

在本实施例中，所述指尖槽215大小与一般人的拇指相仿，使得工作人员握持所述旋转块203时更加牢固，不会与所述旋转块203的侧面打滑。

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)

1.一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，包括坩埚主体（11），安装在所述坩埚主体（11）底部的加热板（12），用于安装所述加热板（12）的底座单元（1），设置在所述底座单元（1）上的放置板（13），设置在所述底座单元（1）上的旋转柱单元（2），以及设置在所述旋转柱单元（2）上并用于夹持所述坩埚主体（11）的夹持板单元（3）。

2.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述夹持板单元（3）包括设置在所述旋转柱单元（2）上的悬臂（301），设置在所述悬臂（301）上的滑动槽（302），设置在所述滑动槽（302）中的活动夹持板（303），以及设置在所述悬臂（301）上且用于配合所述活动夹持板（303）夹持所述坩埚主体（11）的固定夹持板（304）。

3.根据权利要求2所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述夹持板单元（3）还包括设置在所述活动夹持板（303）上的滑动孔（305），设置在所述滑动槽（302）内侧面上并用于插入所述滑动孔（305）的滑动杆（306），以及套接在所述滑动杆（306）上并用于顶起所述活动夹持板（303）侧面的滑动杆弹簧（307）。

4.根据权利要求2所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述旋转柱单元（2）包括设置在所述底座单元（1）上并用于安装所述悬臂（301）的旋转柱（201），设置在所述旋转柱（201）上的旋转柱空腔（202），设置在所述旋转柱（201）上的旋转块（203），设置在所述旋转块（203）上的按动柱孔（204），设置在所述旋转柱（201）上并用于连通所述按动柱孔（204）和所述旋转柱空腔（202）的第一连接柱孔（205），插入在所述按动柱孔（204）中的按动柱（206），设置在所述按动柱（206）上并用于插入所述第一连接柱孔（205）的第一连接柱（207）；所述夹持板单元（3）还包括设置在所述悬臂（301）和所述旋转柱（201）上并用于连通所述滑动槽（302）和所述旋转柱空腔（202）的第二连接柱孔（308），以及设置在所述活动夹持板（303）侧面上并用于插入所述第二连接柱孔（308）的第二连接柱（309）；所述旋转柱单元（2）还包括设置在所述第一连接柱（207）上并用于连接所述第二连接柱（309）的连接绳（208），以及设置在所述旋转柱空腔（202）内侧面上并用于顶起所述连接绳（208）的转向柱（209）。

5.根据权利要求4所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述旋转柱单元（2）还包括套接在所述第一连接柱（207）上并用于顶起所述按动柱（206）的按动柱弹簧（210），设置在所述按动柱（206）侧面上的按动柱槽（211），以及设置在所述按动柱孔（204）内侧面上并用于插入所述按动柱槽（211）的按动柱限位块（212）。

6.根据权利要求4所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述旋转柱单元（2）还包括设置在所述旋转柱（201）上的旋转连接柱（213）；所述底座单元（1）包括底座（101），设置在所述底座（101）上的底座柱（102），以及设置在所述底座柱（102）上并用于安装所述旋转连接柱（213）的旋转柱槽（103）。

7.根据权利要求6所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述底座单元（1）还包括设置在所述旋转柱槽（103）内侧面上的弧形槽（104）；所述旋转柱单元（2）还包括设置在所述旋转连接柱（213）侧面上并用于插入所述弧形槽（104）的弧形块（214）。

8.根据权利要求7所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述底座单元（1）还包括设置在所述弧形槽（104）内侧面上并用于连接所述弧形块（214）的弹力绳（105）。

9.根据权利要求2所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述夹持板单元（3）还包括设置在所述活动夹持板（303）和固定夹持板（304）上的隔热垫片（310）。

10.根据权利要求2所述的一种用于碳化硅制备过程的坩埚装置，其特征在于，所述旋转柱单元（2）还包括设置在所述旋转块（203）外侧面上的指尖槽（215）。

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