CN115467028A - 一种单晶生长装置 - Google Patents

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周正星
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Abstract

本发明公开了一种单晶生长装置，包括具有中空腔体的第一主体、设于第一主体中的坩埚、托板和保温盖板、环设于坩埚外侧的第一保温筒、环设于第一保温筒外侧的感应加热器；保温盖板沿周向环抵于第一主体的内侧周部，保温盖板用于沿上下方向隔断中空腔体；第一保温筒的上下两端分别抵紧保温盖板和托板，第一保温筒和第一主体之间具有第一环形间隔；单晶生长装置还包括开设于第一主体顶部的第一开口、开设于保温盖板上的第二开口、开设于第一保温筒上的第三开口，第二开口用于允许从第一开口射入的测温光线通过并射至坩埚顶部，第三开口与第一环形间隔连通。本发明单晶生长装置能够保证测温光路的洁净和通透，有效地保证了测温结果的准确性和精准性。

Description

一种单晶生长装置
技术领域
本发明涉及人工晶体生长技术领域，特别涉及一种单晶生长装置。
背景技术
目前，物理气相输运法（PVT法）已成为生长碳化硅单晶的主流工艺技术。此技术的特点是将碳化硅籽晶片粘接在石墨籽晶座上，并将石墨籽晶座安装在石墨坩埚上部，在流动的工艺气体环境下，通过加热坩埚底部的原料并使其升华，从而在碳化硅籽晶上生长碳化硅单晶。而碳化硅单晶的生长需要控制石墨坩埚底部和石墨坩埚上部的温度，稳定的温度和稳定的温度梯度对碳化硅单晶的生长至关重要。
现有技术中，通常以红外高温计通过测温口测量石墨坩埚上部的温度来控制加热功率，从而有助于碳化硅单晶的高品质生长，测温仪的精准测量是保证温度稳定控制的关键。由于石墨坩埚和保温系统在加热过程中产生的挥发物会聚集附着在测温孔周边，甚至堵塞测温孔，遮挡红外高温计的光路测量通道，影响测温的准确性和精准性，从而不利于碳化硅单晶的稳定生长。
发明内容
本发明的目的是提供一种单晶生长装置，能够保证测温光路的洁净和通透，有效地保证了测温结果的准确性和精准性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种单晶生长装置，包括具有中空腔体的第一主体、设于所述第一主体中的坩埚、设于所述第一主体中的且用于承载所述坩埚的托板、设于所述第一主体中的且位于所述坩埚上方的保温盖板、环设于所述坩埚外侧的第一保温筒、环设于所述第一保温筒外侧的感应加热器；
所述保温盖板沿周向环抵于所述第一主体的内侧周部，所述保温盖板用于沿上下方向隔断所述中空腔体；所述第一保温筒的上下两端分别抵紧所述保温盖板和所述托板，所述第一保温筒和所述第一主体之间具有第一环形间隔；
所述单晶生长装置还包括开设于所述第一主体顶部的第一开口、开设于所述保温盖板上的第二开口、开设于所述第一保温筒上的第三开口，所述第二开口用于允许从所述第一开口射入的测温光线通过并射至所述坩埚顶部，所述第三开口与所述第一环形间隔连通。
优选地，所述坩埚沿周向环抵于所述第一保温筒内侧，所述第三开口的高度高于所述坩埚顶部的高度。
优选地，所述第三开口有多个，多个所述第三开口沿圆周方向间隔均匀排列。
优选地，所述单晶生长装置还包括环设于所述第一保温筒外侧的第二保温筒、开设于所述托板上的第四开口；
所述第二保温筒的上下两端分别抵紧所述保温盖板和所述托板，所述第二保温筒和所述第一保温筒之间具有第二环形间隔，所述第四开口位于所述第二环形间隔的正下方，所述第四开口和所述第三开口通过所述第二环形间隔连通。
更优选地，所述第四开口有多个，多个所述第四开口沿圆周方向间隔均匀排列。
更进一步优选地，所述第四开口的数量与所述第三开口的数量相同，两者沿上下方向一一对齐。
优选地，所述第一开口和所述第二开口沿上下方向对齐。
优选地，所述托板可升降地设于所述第一主体中。
优选地，所述托板和所述第一主体之间具有第三环形间隔。
优选地，所述感应加热器环设于所述第一主体外侧。
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：本发明单晶生长装置，通过在坩埚顶部设置保温盖板用于隔开中空腔体，强制从第一开口进入的工艺气体只能顺着第二开口通入，最后从第三开口排出；而第二开口用于允许从第一开口射入的测温光线通过并射至坩埚顶部，即第二开口作为测温孔，能够时刻通过工艺气体进行较为强烈地冲刷，避免挥发物聚集并堵塞，以保证测温光路的洁净和通透，有效地保证了测温结果的准确性和精准性，有利于温度的稳定控制和高品质晶体的稳定生长。
附图说明
附图1为根据本发明具体实施例单晶生长装置的结构示意图。
其中：1、第一主体；11、中空腔体；12、第一开口；2、坩埚；3、托板；31、第四开口；4、保温盖板；41、第二开口；5、第一保温筒；51、第三开口；6、感应加热器；7、第二保温筒；8、第二环形间隔；9、第三环形间隔；10、坩埚轴。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明实施例的不同结构。为了简化本发明实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明实施例。此外，本发明实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
参见图1所示，本实施例提供一种单晶生长装置，用于碳化硅单晶的生长，包括具有中空腔体11的第一主体1、可升降地设于第一主体1中的托板3、承载于该托板3上的坩埚2、设于坩埚2上方的保温盖板4、环设于坩埚2外侧的第一保温筒5、环设于第一保温筒5外侧的感应加热器6。
在本实施例中，第一主体1为石英管，托板3上连接有位于坩埚2下方的坩埚轴10，外部的驱动机构用于驱动坩埚轴10升降和/或绕自身轴心线方向转动，感应加热器6则环设于石英管外侧。
上述保温盖板4沿周向环抵于第一主体1的内侧周部，即保温盖板4的外径与第一主体1的内径相同，该保温盖板4用于沿上下方向隔断中空腔体11，即将中空腔体11分隔成位于保温盖板4上方的第一腔体和位于保温盖板4下方的第二腔体。
该单晶生长装置还包括开设于第一主体1顶部的第一开口12、开设于保温盖板4上的第二开口41、开设于第一保温筒5上的第三开口51，第二开口41用于允许从第一开口12射入的测温光线通过并射至坩埚2顶部。第一保温筒5的上下两端分别抵紧保温盖板4和托板3，第一保温筒5和第一主体1之间具有第一环形间隔，第三开口51与第一环形间隔连通。坩埚2沿周向环抵于第一保温筒5内侧，第三开口51的高度高于坩埚2顶部的高度。
在本实施例中，第一开口12和第二开口41沿上下方向对齐。通过这个设置，晶体生长时，第一主体1上方的红外高温计射出的测温光线能够向下依次通过第一开口12和第二开口41，并直射至坩埚2顶部，以对坩埚2进行测温。
通过这个设置，由于保温盖板4用于隔开中空腔体11，能够强制从第一开口12进入的工艺气体只能顺着第二开口41通入，最后从第三开口51排出；而第二开口41用于允许从第一开口12射入的测温光线通过并射至坩埚2顶部，即第二开口41作为测温孔，能够时刻通过工艺气体进行较为强烈地冲刷，避免挥发物聚集并堵塞，以保证测温光路的洁净和通透，有效地保证了测温结果的准确性和精准性，有利于温度的稳定控制和高品质晶体的稳定生长。
参见图1所示，在本实施例中，上述单晶生长装置还包括环设于第一保温筒5外侧的第二保温筒7、开设于托板3上的第四开口31，第二保温筒7的上下两端分别抵紧保温盖板4和托板3，第二保温筒7和第一保温筒5之间具有第二环形间隔8，第四开口31位于第二环形间隔8的正下方，第四开口31和第三开口51通过第二环形间隔8连通。通过在第一保温筒5外侧增设第二保温筒7，能够加强对坩埚2的保温效果；而经过坩埚2顶部加热工艺气体从第三开口51排出，顺着第二环形间隔8向下流动再从第四开口31排出，第二环形间隔8中的工艺气体还能够起到余热再利用的作用，进一步加强对坩埚2的保温效果。
在本实施例中，第三开口51和第四开口31分别有多个，多个第三开口51沿圆周方向间隔均匀排列地设于第一保温筒5上，多个第四开口31沿圆周方向间隔均匀排列地设于托板3上。第四开口31的数量与第三开口51的数量相同，两者沿上下方向一一对齐。通过这个设置，使得工艺气体能够均匀地通过第一保温筒5和第二保温筒7之间的第二环形间隔8，使余热保温更均匀，保温效果更好，更有利于晶体的稳定生长。
参见图1所示，托板3外侧周部和第一主体1之间具有第三环形间隔9，即第二保温筒7的外侧周部和第一主体1的内侧周部之间间隔设置，这一结构能够降低坩埚2升降时升降主体与第一主体1之间的摩擦。
以下具体阐述下本实施例的工作过程：
首先，取出坩埚2，在坩埚2底部装入碳化硅多晶原料，在坩埚2顶部粘接碳化硅籽晶片，接着将坩埚2放回第一主体1中并置于托板3上；
接着，打开感应加热器6，第一主体1上方的红外高温计射出的测温光线向下依次通过第一开口12和第二开口41并照射到坩埚2顶部，根据测得的温度调整加热功率；并向第一开口12通入工艺气体，使工艺气体依次经过第二开口41、第三开口51和第四开口31后排出，以保证晶体的生长环境；
最后，当长晶结束后，关闭感应加热器6，取出坩埚2以得到生长好的碳化硅单晶。
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 (10)

1.一种单晶生长装置，其特征在于：包括具有中空腔体的第一主体、设于所述第一主体中的坩埚、设于所述第一主体中的且用于承载所述坩埚的托板、设于所述第一主体中的且位于所述坩埚上方的保温盖板、环设于所述坩埚外侧的第一保温筒、环设于所述第一保温筒外侧的感应加热器；
所述保温盖板沿周向环抵于所述第一主体的内侧周部，所述保温盖板用于沿上下方向隔断所述中空腔体；所述第一保温筒的上下两端分别抵紧所述保温盖板和所述托板，所述第一保温筒和所述第一主体之间具有第一环形间隔；
所述单晶生长装置还包括开设于所述第一主体顶部的第一开口、开设于所述保温盖板上的第二开口、开设于所述第一保温筒上的第三开口，所述第二开口用于允许从所述第一开口射入的测温光线通过并射至所述坩埚顶部，所述第三开口与所述第一环形间隔连通。
2.根据权利要求1所述的单晶生长装置，其特征在于：所述坩埚沿周向环抵于所述第一保温筒内侧，所述第三开口的高度高于所述坩埚顶部的高度。
3.根据权利要求1所述的单晶生长装置，其特征在于：所述第三开口有多个，多个所述第三开口沿圆周方向间隔均匀排列。
4.根据权利要求1所述的单晶生长装置，其特征在于：所述单晶生长装置还包括环设于所述第一保温筒外侧的第二保温筒、开设于所述托板上的第四开口；
所述第二保温筒的上下两端分别抵紧所述保温盖板和所述托板，所述第二保温筒和所述第一保温筒之间具有第二环形间隔，所述第四开口位于所述第二环形间隔的正下方，所述第四开口和所述第三开口通过所述第二环形间隔连通。
5.根据权利要求4所述的单晶生长装置，其特征在于：所述第四开口有多个，多个所述第四开口沿圆周方向间隔均匀排列。
6.根据权利要求5所述的单晶生长装置，其特征在于：所述第四开口的数量与所述第三开口的数量相同，两者沿上下方向一一对齐。
7.根据权利要求1所述的单晶生长装置，其特征在于：所述第一开口和所述第二开口沿上下方向对齐。
8.根据权利要求1所述的单晶生长装置，其特征在于：所述托板可升降地设于所述第一主体中。
9.根据权利要求1所述的单晶生长装置，其特征在于：所述托板和所述第一主体之间具有第三环形间隔。
10.根据权利要求1所述的单晶生长装置，其特征在于：所述感应加热器环设于所述第一主体外侧。
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