CN116136029B - 一种碳化硅晶体的生长装置和生长方法 - Google Patents

一种碳化硅晶体的生长装置和生长方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种碳化硅晶体的生长装置和生长方法，所述生长装置包括坩埚、坩埚盖、籽晶杆和籽晶托；所述坩埚的顶部敞口处设置有所述坩埚盖，所述籽晶杆的底端穿过所述坩埚盖伸入所述坩埚的内腔中，所述籽晶杆的底端连接所述籽晶托，所述籽晶托的底面设置有籽晶；所述坩埚的内腔底面设置有凸台，所述凸台的顶面低于所述籽晶的底面，所述凸台的顶面与所述籽晶的底面平行设置，以所述凸台的顶面为基准，所述籽晶的底面的投影面与所述凸台的顶面存在部分重合；所述坩埚的外周设置有加热组件。本发明的凸台顶面和籽晶底面之间能形成Couette剪切流，能够提高扩散到晶体生长界面的C溶质含量。

Description

一种碳化硅晶体的生长装置和生长方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种碳化硅晶体的生长装置和生长方法。
背景技术
碳化硅具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大和工作温度高等优点，适用于新能源汽车和储能等领域。生长SiC晶体常用的方法是顶部籽晶溶液法（TSSG），由于TSSG法生长SiC晶体时接近平衡状态，因此SiC晶体中产生的缺陷较少，此外，该方法还便于在晶体中掺杂元素，例如，制备p型SiC晶体时，在溶液中加入Al元素即可。
在TSSG法中，SiC晶体的生长过程直接与生长面附近C溶质的过饱和浓度相关。坩埚旋转和电磁力导致溶液内液流具有大的流动，从而C溶质均匀分布。但是，在生长面附近的薄区域内，溶液处于静止状态，会形成边界层。该边界层厚度一般在1-100um之间。由于溶液静止，C溶质只能从溶液远端通过扩散到达生长界面，形成从溶液远端到生长界面的浓度梯度。如果溶液温度低或者边界层厚，则到达生长界面处的C溶质的量受到限制。而C溶质的缺乏将会导致晶体出现宏观台阶和溶剂夹杂等缺陷，急剧恶化晶体质量。
CN114481293A公开了一种碳化硅晶体生长装置及碳化硅晶体生长方法，该碳化硅晶体生长装置包括壳体、石墨坩埚、籽晶组件和加热件。壳体限定出容纳腔，石墨坩埚设在容纳腔内，石墨坩埚用于容纳助溶剂溶液，籽晶组件沿竖直方向可升降配合在壳体上，籽晶组件的一端伸入石墨坩埚内，籽晶组件用于承载生长的碳化硅晶体，加热件位于石墨坩埚的径向外侧：加热件和石墨坩埚中的至少一个沿竖直方向可升降。该碳化硅晶体生长装置，在生长过程中能够维持助溶剂溶液的液面相对于加热件的位置不变。但是，使用该碳化硅生长装置生长碳化硅时，生长界面处的C溶质含量增加的程度有限。
CN103282559A提供了一种碳化硅晶体的制造装置，对感应加热装置进行调控，通过使感应加热的频率大于一定的值，在溶液中心形成速度大的上升流，从而加大扩散到SiC晶体生长界面的C溶质含量。但是，该改进方法只能在使用感应加热的装置中有效，而且籽晶杆和坩埚转速被限制在一定范围内，才能在溶液中心形成上升流。
因此，亟需解决TSSG法生长碳化硅晶体时，从溶液远端到生长界面的C溶质扩散量较低的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳化硅晶体的生长装置和生长方法。本发明的坩埚的内腔底面设置有凸台，凸台的顶面和籽晶的底面可进行相对运动，从而能够在凸台的顶面和籽晶的底面之间形成Couette剪切流，在该剪切流的作用下，处于碳化硅晶体生长界面处的流体速度加快，边界层变薄，进而能够提高扩散到晶体生长界面的C溶质含量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种碳化硅晶体的生长装置，所述生长装置包括坩埚、坩埚盖、籽晶杆和籽晶托；
所述坩埚的顶部敞口处设置有所述坩埚盖，所述籽晶杆的底端穿过所述坩埚盖伸入所述坩埚的内腔中，所述籽晶杆的底端连接所述籽晶托，所述籽晶托的底面设置有籽晶；
所述坩埚的内腔底面设置有凸台，所述凸台的顶面低于所述籽晶的底面，所述凸台的顶面与所述籽晶的底面平行设置，以所述凸台的顶面为基准，所述籽晶的底面的投影面与所述凸台的顶面存在部分重合；
所述坩埚的外周设置有加热组件。
本发明提供了一种碳化硅晶体的生长装置，其坩埚的内腔底面设置有凸台，凸台的顶面和籽晶的底面可进行相对运动，从而能够在凸台的顶面和籽晶的底面之间形成Couette剪切流，在该剪切流的作用下，处于碳化硅晶体生长界面处的流体速度加快，边界层变薄，进而能够提高扩散到晶体生长界面的C溶质含量。
示例性地，本发明提供了制造内腔底面设置有凸台的坩埚的方法，可以是制造坩埚的时候整体加工得到，也可以是单独加工凸台后，将其固定在坩埚内腔底面上。
优选地，所述凸台的顶面与所述籽晶的底面之间的距离为1-50mm，例如可以是1mm、2mm、5mm、7mm、10mm、12mm、15mm、17mm、20mm、22mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm等，优选为5-25mm。
在本发明中，若凸台的顶面与所述籽晶的底面之间的距离过小，会导致碳化硅的生长面直接接触凸台的顶面，影响晶体生长；若凸台的顶面与所述籽晶的底面之间的距离过大，会减弱两者之间Couette剪切流的速度梯度。
需要说明的是，凸台的顶面与籽晶的底面之间的距离是生长碳化硅晶体时的初始距离，随着生长时间的延长，籽晶的底面会生长出一定厚度的碳化硅晶体，通过生长过程中提拉籽晶，凸台的顶面与籽晶的底面之间的距离保持基本不变，维持两者之间Couette剪切流的速度梯度。
优选地，所述凸台的顶面面积小于所述籽晶的底面面积。
优选地，所述凸台的顶面面积与所述籽晶的底面面积的比值为0.0625-1，例如可以是1/16、1/10、1/5、1/4、1/3、2/5、1/2、3/5、3/4、4/5或1等，优选为0.25-0.5。
优选地，所述凸台的顶面的形状为圆形或多边形，优选为圆形。
优选地，以所述凸台的顶面为基准，所述籽晶的底面的投影面与所述凸台的顶面的重合部分的面积，与所述凸台的顶面面积的比值为0.25-1，例如可以是1/4、1/3、2/5、1/2、3/5、3/4、4/5或1等。
优选地，所述凸台的中轴线与所述籽晶的中轴线之间的距离，与所述籽晶的底面半径的比值为0-1，例如可以是0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等。其中，比值为0代表所述凸台的中轴线与所述籽晶的中轴线重合。
优选地，所述加热组件包括感应加热线圈和/或电阻加热器。
优选地，所述坩埚和所述坩埚盖的外周还设置有隔热毡。
本发明中，当加热组件为感应加热线圈时，所述隔热毡位于所述坩埚和所述感应加热线圈之间，并包裹于所述坩埚和所述坩埚盖的外侧；当加热组件为电阻加热器时，所述隔热毡包裹于所述电阻加热器和所述坩埚盖的外侧。
第二方面，本发明提供了一种采用第一方面所述的碳化硅晶体的生长装置生长碳化硅的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将碳化硅的原料加入坩埚中，加热后得到合金溶液，所述合金溶液的液面高于所述凸台的顶面；
（2）向靠近所述合金溶液的方向移动籽晶杆，使籽晶的底面接触所述合金溶液，保温后，再向远离所述合金溶液的方向移动籽晶杆，使碳化硅在籽晶的底面进行生长，在碳化硅的生长过程中，籽晶杆与坩埚以相反的方向进行旋转。
本发明采用顶部籽晶溶液法（TSSG）生长碳化硅，将原料放入坩埚中，采用感应加热或电阻加热的方法，使Si原料和助溶剂熔化形成合金溶液，坩埚中的碳元素逐渐溶解于溶液中，并达到饱和浓度；接着，移动籽晶杆，使籽晶接触溶液并保温一段时间；随后，移动籽晶杆，使籽晶位于溶液平面附近，此时，位于籽晶处的溶液温度低，处于溶质过饱和状态，导致SiC在籽晶上逐渐析出并生长，生长一段时间后，继续移动籽晶杆，SiC晶体持续生长。
可选地，所述碳化硅的原料包括Si和助溶剂，所述助溶剂中包含Ti、Cr、Sc、Ni、Al、Co、Mn、Mg、Ge、As、P、N、O、B、Dy、Y、Nb、Nd或Fe元素中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述合金溶液的液面与所述凸台的顶面之间的距离为1-50mm，例如可以是1mm、2mm、5mm、7mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm等。
优选地，向远离所述合金溶液的方向移动籽晶杆后，所述籽晶的底面与所述合金溶液的液面的距离为0.5-4mm，例如可以是0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm等，优选为2.8-3.2mm。
优选地，所述籽晶杆的转速为1-200rpm，例如可以是1rpm、5rpm、10rpm、20rpm、30rpm、40rpm、50rpm、100rpm、150rpm或200rpm等，优选为10-40rpm。
优选地，所述坩埚的转速为1-50rpm，例如可以是1rpm、2rpm、5rpm、10rpm、15rpm、20rpm、25rpm、30rpm、35rpm、40rpm、45rpm或50rpm等，优选为5-10rpm。
作为本发明一种优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
（Ⅰ）将碳化硅的原料加入坩埚中，加热后得到合金溶液，所述合金溶液的液面高于所述凸台的顶面，所述合金溶液的液面与所述凸台的顶面之间的距离为1-50mm；
（Ⅱ）向靠近所述合金溶液的方向移动籽晶杆，使籽晶的底面接触所述合金溶液，保温后，再向远离所述合金溶液的方向移动籽晶杆，使碳化硅在籽晶的底面进行生长，在碳化硅的生长过程中，籽晶杆与坩埚以相反的方向进行旋转，所述籽晶杆的转速为1-200rpm，所述坩埚的转速为1-50rpm。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种碳化硅晶体的生长装置，其坩埚的内腔底面设置有凸台，凸台的顶面和籽晶的底面可进行相对运动，从而能够在凸台的顶面和籽晶的底面之间形成Couette剪切流，在该剪切流的作用下，处于碳化硅晶体生长界面处的流体速度加快，边界层变薄，进而能够提高扩散到晶体生长界面的C溶质含量。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的碳化硅晶体生长装置示意图；
图2为本发明实施例1提供的碳化硅晶体生长装置中籽晶和凸台的俯视图；
图3为本发明实施例1提供的坩埚内合金溶液的流动示意图；
图4为本发明实施例1提供的坩埚内合金溶液部分流动区域的放大示意图；
图5为本发明实施例2提供的碳化硅晶体生长装置示意图；
图6为本发明实施例3提供的碳化硅晶体生长装置示意图；
图7为本发明对比例1提供的碳化硅晶体生长装置示意图；
图8为本发明对比例1提供的坩埚内合金溶液的流动示意图；
其中，1-籽晶杆；2-坩埚盖；3-籽晶托；4-籽晶；5-坩埚；6-凸台；7-感应加热线圈；8-隔热毡；9-电阻加热器；10-合金溶液。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种碳化硅晶体生长装置，如图1所示，所述生长装置包括坩埚5、坩埚盖2、籽晶杆1和籽晶托3；
所述坩埚5、坩埚盖2、籽晶杆1和籽晶托3均为石墨材质；
所述坩埚5内径为180mm，坩埚5的顶部敞口处设置有所述坩埚盖2，所述籽晶杆1的底端穿过所述坩埚盖2伸入所述坩埚5的内腔中，所述籽晶杆1的底端连接所述籽晶托3，所述籽晶托3的底面设置有籽晶4，籽晶4的直径为100mm，其材质为4H-SiC，籽晶4的中轴线与坩埚5的中轴线一致；
所述坩埚5的内腔底面设置有凸台6，凸台6为圆柱结构，其顶面为圆形，凸台6的高度为70mm，直径为50mm，所述凸台6的顶面低于所述籽晶4的底面，籽晶4底面与凸台6顶面的距离为5mm，凸台6与籽晶4的俯视图如图2所示；以所述凸台6的顶面为基准，籽晶4的底面的投影面与所述凸台6的顶面的重合部分的面积，与所述凸台6的顶面面积的比值为1；且所述凸台6的中轴线与所述籽晶4的中轴线之间的距离为25mm，所述凸台6的顶面与所述籽晶4的底面平行设置，所述坩埚5的外周设置有感应加热线圈7。
采用流体力学仿真软件（CFD）对实施例1提供的碳化硅晶体生长装置进行数值模拟，模拟得到碳化硅晶体生长时坩埚5内合金溶液10的流动如图3所示。其中，模拟设置的条件为：坩埚5内盛放有含Si的合金溶液10，其中还掺有Cr，Si和Cr的摩尔比为60:40，溶液高度设置为75mm；合金溶液10和其他部件均设置为2000℃，籽晶杆1和坩埚5的转速分别设置为20rpm和5rpm，籽晶杆1和坩埚5的转动方向相反，最后，进行流体计算，获得合金溶液10内的流动速度。
由图3可知，合金溶液10在坩埚5区域I内形成环流，在籽晶4底面液流方向为从籽晶4中心到边缘，该区域内最高流速在10-3m/s数量级。在籽晶4底面和凸台6顶面区域II内形成环流，如图4所示，在籽晶4底面附近，液流从籽晶4底面的中心流向边缘，在凸台6顶面附近，液流从籽晶4底面的边缘流向中心，形成从正向到反向的速度梯度，即Couette剪切流，该区域内最高流速在10-2m/s数量级。
边界层的厚度通常与最高流速的1/3次方成反比，因此，最高流速从10-3m/s提高到10-2m/s数量级，边界层可减少一半，使得C溶质的扩散距离减少一半，C溶质的扩散量提高一倍。从而使得SiC晶体的宏观台阶高度降低和溶剂夹杂等生长缺陷减少。
实施例2
本实施例提供了一种碳化硅晶体生长装置，如图5所示，所述生长装置包括坩埚5、坩埚盖2、籽晶杆1和籽晶托3；
所述坩埚5、坩埚盖2、籽晶杆1和籽晶托3均为石墨材质；
所述坩埚5内径为180mm，坩埚5的顶部敞口处设置有所述坩埚盖2，所述籽晶杆1的底端穿过所述坩埚盖2伸入所述坩埚5的内腔中，所述籽晶杆1的底端连接所述籽晶托3，所述籽晶托3的底面设置有籽晶4，籽晶4的直径为100mm，其材质为4H-SiC，籽晶4的中轴线与坩埚5的中轴线一致；
所述坩埚5的内腔底面设置有凸台6，凸台6为圆柱结构，其顶面为圆形，凸台6的高度为65mm，直径为50mm，所述凸台6的顶面低于所述籽晶4的底面，籽晶4底面与凸台6顶面的距离为10mm；以所述凸台6的顶面为基准，籽晶4的底面的投影面与所述凸台6的顶面的重合部分的面积，与所述凸台6的顶面面积的比值为1；且所述凸台6的中轴线与所述籽晶4的中轴线之间的距离为25mm，所述凸台6的顶面与所述籽晶4的底面平行设置，所述坩埚5和坩埚盖2的外侧设置有隔热毡8，隔热毡8的外周设置有感应加热线圈7，隔热毡8的材质为石墨。
本实施例通过凸台的设置，能够在凸台的顶面和籽晶的底面之间形成Couette剪切流，在该剪切流的作用下，处于碳化硅晶体生长界面处的流体速度加快，边界层变薄，进而能够提高扩散到晶体生长界面的C溶质含量。
实施例3
本实施例提供了一种碳化硅晶体生长装置，如图6所示，所述生长装置包括坩埚5、坩埚盖2、籽晶杆1和籽晶托3；
所述坩埚5、坩埚盖2、籽晶杆1和籽晶托3均为石墨材质；
所述坩埚5内径为180mm，坩埚5的顶部敞口处设置有所述坩埚盖2，所述籽晶杆1的底端穿过所述坩埚盖2伸入所述坩埚5的内腔中，所述籽晶杆1的底端连接所述籽晶托3，所述籽晶托3的底面设置有籽晶4，籽晶4的直径为100mm，其材质为4H-SiC，籽晶4的中轴线与坩埚5的中轴线一致；
所述坩埚5的内腔底面设置有凸台6，凸台6为圆柱结构，其顶面为圆形，凸台6的高度为55mm，直径为40mm，所述凸台6的顶面低于所述籽晶4的底面，籽晶4底面与凸台6顶面的距离为20mm；以所述凸台6的顶面为基准，籽晶4的底面的投影面与所述凸台6的顶面的重合部分的面积，与所述凸台6的顶面面积的比值为1；且所述凸台6的中轴线与所述籽晶4的中轴线之间的距离为15mm，所述凸台6的顶面与所述籽晶4的底面平行设置，所述坩埚5的外侧设置有电阻加热器9，其材质为石墨，电阻加热器9的外周和所述坩埚盖2的外侧设置有隔热毡8，隔热毡8的材质为石墨。
本实施例通过凸台的设置，能够在凸台的顶面和籽晶的底面之间形成Couette剪切流，在该剪切流的作用下，处于碳化硅晶体生长界面处的流体速度加快，边界层变薄，进而能够提高扩散到晶体生长界面的C溶质含量。
实施例4
本实施例提供了一种碳化硅晶体生长装置，所述生长装置包括坩埚、坩埚盖、籽晶杆和籽晶托；
所述坩埚、坩埚盖、籽晶杆和籽晶托均为石墨材质；
所述坩埚内径为180mm，坩埚的顶部敞口处设置有所述坩埚盖，所述籽晶杆的底端穿过所述坩埚盖伸入所述坩埚的内腔中，所述籽晶杆的底端连接所述籽晶托，所述籽晶托的底面设置有籽晶，籽晶的直径为100mm，其材质为4H-SiC，籽晶的中轴线与坩埚的中轴线一致；
所述坩埚的内腔底面设置有凸台，凸台为圆柱结构，其顶面为圆形，凸台的高度为70mm，直径为80mm，所述凸台的顶面低于所述籽晶的底面，籽晶底面与凸台顶面的距离为5mm；以所述凸台的顶面为基准，籽晶的底面的投影面与所述凸台的顶面的重合部分的面积，与所述凸台的顶面面积的比值为1；且所述凸台的中轴线与所述籽晶的中轴线之间的距离为0，所述凸台的顶面与所述籽晶的底面平行设置，所述坩埚和坩埚盖的外侧设置有隔热毡，隔热毡的外周设置有感应加热线圈，隔热毡的材质为石墨。
本实施例通过凸台的设置，能够在凸台的顶面和籽晶的底面之间形成Couette剪切流，在该剪切流的作用下，处于碳化硅晶体生长界面处的流体速度加快，边界层变薄，进而能够提高扩散到晶体生长界面的C溶质含量。
对比例1
本对比例提供了一种碳化硅晶体生长装置，与实施例1的区别在于，坩埚5内无凸台6，如图7所示，其余与实施例1完全相同。
采用CFD对对比例1提供的碳化硅晶体生长装置进行数值模拟，设置的参数与实施例1一致。图8显示了坩埚5内无凸台6时的合金溶液10的流动方向，在籽晶4底面的附近液流方向从籽晶中心到边缘，液流最高速度在10-3m/s量级。相较于有凸台6的坩埚5，液流最高速度降低一个数量级，边界层厚度大一倍，导致C溶质的扩散距离增加一倍，C溶质的扩散量减少一半。由此导致SiC晶体的生长缺陷如宏观台阶高度升高和溶剂夹杂等增多。
应用例1
本应用例提供了一种使用实施例2所述的碳化硅晶体生长装置生长碳化硅时的方法，包括以下步骤：
（1）将碳化硅的原料加入坩埚中，原料中硅和铬元素的摩尔比为60:40，采用感应加热线圈加热到约2000℃后得到合金溶液，所述合金溶液的液面高于所述凸台的顶面，所述合金溶液的液面高度为75mm；
（2）向靠近所述合金溶液的方向下降籽晶杆，使籽晶的底面接触所述合金溶液，保温2小时后，再向远离所述合金溶液的方向提拉籽晶杆，使所述籽晶的底面与所述合金溶液的液面的距离为3mm，碳化硅在籽晶的底面进行生长，在碳化硅的生长过程中，籽晶杆与坩埚以相反的方向进行旋转，所述籽晶杆的转速为20rpm，所述坩埚的转速为5rpm；此后，每次提拉400μm，重复20次提拉过程，生长了约8cm厚的碳化硅晶体。
应用例2
本应用例提供了一种使用实施例3所述的碳化硅晶体生长装置生长碳化硅时的方法，包括以下步骤：
（1）将碳化硅的原料加入坩埚中，原料中硅和铬元素的摩尔比为60:40，采用感应加热线圈加热到约2000℃后得到合金溶液，所述合金溶液的液面高于所述凸台的顶面，所述合金溶液的液面高度为75mm；
（2）向靠近所述合金溶液的方向下降籽晶杆，使籽晶的底面接触所述合金溶液，保温2小时后，再向远离所述合金溶液的方向提拉籽晶杆，使所述籽晶的底面与所述合金溶液的液面的距离为3mm，碳化硅在籽晶的底面进行生长，在碳化硅的生长过程中，籽晶杆与坩埚以相反的方向进行旋转，所述籽晶杆的转速为5rpm，所述坩埚的转速为20rpm；此后，每次提拉200μm，重复20次提拉过程，生长了约6cm厚的碳化硅晶体。
应用例3
本应用例提供了一种使用实施例4所述的碳化硅晶体生长装置生长碳化硅时的方法，包括以下步骤：
（1）将碳化硅的原料加入坩埚中，原料中硅和铬元素的摩尔比为60:40，采用感应加热线圈加热到约2000℃后得到合金溶液，所述合金溶液的液面高于所述凸台的顶面，所述合金溶液的液面高度为75mm；
（2）向靠近所述合金溶液的方向下降籽晶杆，使籽晶的底面接触所述合金溶液，保温2小时后，再向远离所述合金溶液的方向提拉籽晶杆，使所述籽晶的底面与所述合金溶液的液面的距离为2mm，碳化硅在籽晶的底面进行生长，在碳化硅的生长过程中，籽晶杆与坩埚以相反的方向进行旋转，所述籽晶杆的转速为100rpm，所述坩埚的转速为10rpm；此后，每次提拉600μm，重复20次提拉过程，生长了约12cm厚的碳化硅晶体。
综上所述，本发明提供了一种碳化硅晶体的生长装置，其坩埚的内腔底面设置有凸台，凸台的顶面和籽晶的底面可进行相对运动，从而能够在凸台的顶面和籽晶的底面之间形成Couette剪切流，在该剪切流的作用下，处于碳化硅晶体生长界面处的流体速度加快，边界层变薄，进而能够提高扩散到晶体生长界面的C溶质含量。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于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，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于，所述生长装置包括坩埚、坩埚盖、籽晶杆和籽晶托；
所述坩埚的顶部敞口处设置有所述坩埚盖，所述籽晶杆的底端穿过所述坩埚盖伸入所述坩埚的内腔中，所述籽晶杆的底端连接所述籽晶托，所述籽晶托的底面设置有籽晶；
所述坩埚的内腔底面设置有凸台，所述凸台的顶面低于所述籽晶的底面，所述凸台的顶面与所述籽晶的底面平行设置，以所述凸台的顶面为基准，所述籽晶的底面的投影面与所述凸台的顶面存在部分重合；
所述坩埚的外周设置有加热组件。
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于，所述凸台的顶面与所述籽晶的底面之间的距离为1-50mm。
3.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于，所述凸台的顶面面积小于所述籽晶的底面面积。
4.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于，所述凸台的顶面面积与所述籽晶的底面面积的比值为0.0625-1；
所述凸台的顶面的形状为圆形或多边形。
5.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于，以所述凸台的顶面为基准，所述籽晶的底面的投影面与所述凸台的顶面的重合部分的面积，与所述凸台的顶面面积的比值为0.25-1；
所述凸台的中轴线与所述籽晶的中轴线之间的距离，与所述籽晶的底面半径的比值为0-1。
6.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于，所述加热组件包括感应加热线圈和/或电阻加热器。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述的碳化硅晶体的生长装置生长碳化硅的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）将碳化硅的原料加入坩埚中，加热后得到合金溶液，所述合金溶液的液面高于所述凸台的顶面；
（2）向靠近所述合金溶液的方向移动籽晶杆，使籽晶的底面接触所述合金溶液，保温后，再向远离所述合金溶液的方向移动籽晶杆，使碳化硅在籽晶的底面进行生长，在碳化硅的生长过程中，籽晶杆与坩埚以相反的方向进行旋转。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述合金溶液的液面与所述凸台的顶面之间的距离为1-50mm；
向远离所述合金溶液的方向移动籽晶杆后，所述籽晶的底面与所述合金溶液的液面的距离为0.5-4mm。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述籽晶杆的转速为1-200rpm；
所述坩埚的转速为1-50rpm。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（Ⅰ）将碳化硅的原料加入坩埚中，加热后得到合金溶液，所述合金溶液的液面高于所述凸台的顶面，所述合金溶液的液面与所述凸台的顶面之间的距离为1-50mm；
（Ⅱ）向靠近所述合金溶液的方向移动籽晶杆，使籽晶的底面接触所述合金溶液，保温后，再向远离所述合金溶液的方向移动籽晶杆，使碳化硅在籽晶的底面进行生长，在碳化硅的生长过程中，籽晶杆与坩埚以相反的方向进行旋转，所述籽晶杆的转速为1-200rpm，所述坩埚的转速为1-50rpm。
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