CN115386957A - 一种高质量碳化硅晶体生长坩埚 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳化硅晶体领域，特别涉及一种高质量碳化硅晶体生长坩埚。本发明能够有效克服坩埚侧壁过热造成的原料会发不均匀问题，并能预防由于Si组分缺失造成的晶体内C包裹体的形成，制备高质量的SiC晶体。
Description
技术领域
本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及一种基于物理气相传输法生长碳化硅单晶的坩埚结构。
背景技术
碳化硅（SiC）单晶材料具有禁带宽、击穿电场强度高、饱和电子迁移率高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强等优点，可广泛应用于新能源汽车、轨道交通、智能电网、半导体照明、新一代移动通信、消费类电子等领域，被视为支撑能源、交通、信息、国防等产业发展的核心技术，全球市场容量未来将达到百亿美元，已成为美国、欧洲、日本半导体行业的重点研究方向之一。目前，商品化SiC晶体主要通过物理气相传输（PVT）法制备，坩埚由上部籽晶托和下部的料腔组成，上部的籽晶托用于粘结籽晶，下部料腔用于装SiC原料。物理气相输运法由于可控参数少，原料的升华输运依靠系统的自我热平衡过程，在原料升华早期，由于石墨坩埚壁较热，使四周原料先发生升华，且气相组分中Si含量较高，随着晶体生长的进行，靠近中心区的。原料开始升华，且此时气相组分中的Si含量显著降低，由于C富集，极易在晶体中形成包裹体。且由于生长前期后期料区状态的变化，使得生长过程中系统的温度场分布也发生持续变动，不利于生长界面处质量输运的稳定进行，影响生长晶体质量。
因此在PVT法生长SiC晶体的过程中，如何减少升华物料Si/C比的变化以及如何减弱生长前期后期的温度场分布变化对生长高质量低缺陷密度晶体至关重要。
发明内容
本发明设计一种具有独立原料坩埚的高质量碳化硅晶体生长坩埚。其中原料坩埚放置于生长坩埚的石墨支架上，四周均不与生长坩埚相接触，能够有效避免升温早期与升温后期所产生的温度场分布变化问题。此原料坩埚的顶部使用多孔石墨作为盖板材料，有效过滤升华过程中的无效气体组分，保证输运至生长界面处的物料组分稳定性。
进一步的，所述独立原料坩埚，其四周与生长坩埚的间距应在5-35mm。
进一步的，所述独立原料坩埚，其石墨材质纯度应大于99.99%。
进一步的，所述独立原料坩埚顶盖，其材质为多孔石墨，纯度应大于99.99%。
进一步地，所述独立原料坩埚顶盖，其材质为多孔石墨，孔隙率应大于45%。
进一步的，所述独立原料坩埚顶盖，其料区可以填充1-5kg的碳化硅原料。
进一步的，所述独立原料坩埚顶盖，其厚度应为3-20mm。
附图说明
图1 是高质量碳化硅晶体生长坩埚；
图2 使用本发明结构坩埚生长的高质量SiC晶体；
其中，1、感应线圈；2、保温材料；3、生长坩埚；4、石墨底托2；5、原料坩埚；6、SiC原料；7、多孔石墨板；8、籽晶托；9、籽晶；10、SiC晶体。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的双层结构坩埚进行详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
如图1所示，使用直径160mm，高度180mm的坩埚。将1.5kg的SiC粉体放置于直径130mm，高度80mm的原料坩埚内，原料坩埚顶盖多孔石墨厚度为5mm。将原料坩埚放置于生长坩埚内的石墨托盘上，原料坩埚外壁与生长坩埚内壁间距为10mm，原料坩埚底部与生长坩埚底部间距为15mm。将直径100mm的SiC单晶片固定在籽晶托上；将整体生长坩埚放置于合适的温场条件下，启动中频感应加热电源设定功率10-11kw，3h后系统温度升高至2300oC以上，降低生长压强至10-20torr，开始晶体生长。独立原料坩埚中的SiC粉体开始分解升华，在温度差的驱动下，部分原料经多孔石墨坩埚顶盖过滤后输运至籽晶表面凝华结晶，生长得到SiC晶体。生长达到100-150h后开始降低生长温度停止生长，出炉打开坩埚后获得完整的SiC单晶体，见图2，其直径为105mm，厚度为16mm。
应该指出，上述的具体实施方式只是对本发明进行详细说明，它不应是对本发明的限制。对于本领域的技术人员而言，在不偏离权利要求的宗旨和范围时，可以有多种形式和细节的变化。
Claims (9)
1.一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，内部具有一个独立的原料坩埚，原料坩埚置于石墨底托上不与四周坩埚接触，原料坩埚顶盖为多孔石墨材质。
2.根据权利要求1所述一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，原料坩埚与生长坩埚间距为5-35mm。
3.根据权利要求1所述一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述的原料坩埚的石墨材质纯度大于99.99%。
4.根据权利要求1所述一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于所述的原料坩埚的顶盖材质为多孔石墨，纯度大于99.99%。
5.根据权利要求4所述一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于所述的原料坩埚顶盖的多孔石墨材质孔隙率应大于45%。
6.根据权利要求4所述一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于所述的原料坩埚顶盖厚度应为3-20mm。
7.根据权利要求1所述一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于所述的原料坩埚的料区可以填充1-5kg碳化硅原料。
8.根据权利要求1所述一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于所述的生长坩埚的籽晶托部件用粘结的方法固定20-200mm的SiC晶片作为生长籽晶。
9. 根据权利要求8所述一种高质量碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于所述的籽晶托，所述石墨材料其热膨胀系数处于3.5-4.5 10-6/K区间。
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