CN117071058A - 一种碳化硅生长装置及碳化硅生长控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳化硅生长装置及碳化硅生长控制方法,涉及碳化硅生长技术领域。该碳化硅生长装置包括外坩埚、第一升降轴、内坩埚、第二升降轴和升降装置。外坩埚内设有容纳空间,且顶部设有籽晶结构。第一升降轴竖直地设于外坩埚底部,第一升降轴内设有升降通道。内坩埚用于装盛碳化硅粉料,设于容纳空间内部,且内坩埚顶部设有开口。第二升降轴竖直地设于内坩埚底部,且第二升降轴设于升降通道内部。升降装置与第一升降轴连接,用于控制第一升降轴上下移动。本发明还提供了一种碳化硅生长控制方法,其应用于上述的碳化硅生长装置中。本发明提供的碳化硅生长装置及碳化硅生长控制方法可以提升大尺寸碳化硅晶体生长品质。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅生长技术领域,具体而言,涉及一种碳化硅生长装置及碳化硅生长控制方法。
背景技术
目前的大规模产业化生产碳化硅晶体的方法,主要采用物理气相传输法。随着技术的逐渐成熟,对于碳化硅晶体的生长尺寸也在不断地提升,使得碳化硅晶体生长的厚度得到提升。
但是,在随着碳化硅晶体的厚度提升的过程中,碳化硅晶体表面向下延伸,导致已经生长完成的碳化硅晶体表面的温度升高,便使得碳化硅晶体的温度梯度变化,容易对碳化硅晶体的生长造成影响,从而降低碳化硅晶体的生长品质。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种碳化硅生长装置,其能够提升大尺寸碳化硅晶体的生长品质。
本发明的目的还在于提供了一种碳化硅生长控制方法,其能够提升大尺寸碳化硅晶体的生长品质。
本发明的实施例可以这样实现:
本发明的实施例提供了一种碳化硅生长装置,包括:
外坩埚,内设有容纳空间,且在所述外坩埚顶部设有籽晶结构;
第一升降轴,竖直地设于所述外坩埚底部,所述第一升降轴内设有升降通道,所述升降通道与所述容纳空间连通;
内坩埚,用于装盛碳化硅粉料,设于所述容纳空间内部,且所述内坩埚顶部设有开口;
第二升降轴,竖直地设于所述内坩埚底部,且所述第二升降轴设于所述升降通道内部,以在所述升降通道内部上下移动;以及,
升降装置,与所述第一升降轴连接,用于控制所述第一升降轴上下移动。
可选地,所述内坩埚的外侧壁贴合于所述外坩埚的内侧壁。
可选地,所述第一升降轴包括同轴设置的配合段和连接段,所述配合段内形成所述升降通道,所述连接段连接于所述升降装置;
所述配合段的截面与所述第二升降轴的截面均为非圆形。
可选地,所述碳化硅生长装置还包括旋转驱动机构,所述配合段的外周还设有传动结构,所述旋转驱动机构与所述传动结构连接,也驱动所述配合段旋转。
可选地,所述传动结构为齿轮,且所述传动结构中心开设有形状与所述配合段的截面适配的通孔,所述配合段可活动地设于所述通孔中。
可选地,所述升降装置具有升降臂,所述升降臂的端部设有夹持口;所述连接段的外周开设有环形的卡槽,以在所述卡槽处形成圆柱形的连接部,所述升降臂卡入所述卡槽,且使所述连接部卡转动地设于所述夹持口中。
可选地,所述升降臂包括臂主体和两个设于所述臂主体端部的夹持部,两个所述夹持部间隔以形成所述夹持口;两个所述夹持部卡入所述卡槽中,且所述夹持部的厚度小于或等于所述卡槽沿所述连接段轴向的宽度。
可选地,所述籽晶结构用于生长晶体的表面与碳化硅粉料靠近所述籽晶结构的一侧之间的距离或等于4cm。
一种碳化硅生长控制方法,应用于上述的碳化硅生长装置所执行的碳化硅生长工艺中,所述碳化硅生长工艺包括抽真空阶段、初加热阶段、形核阶段、生长阶段和降温阶段;在生长阶段中,所述碳化硅生长控制方法包括:
检测所述籽晶结构上生长的晶体远离所述籽晶结构一侧的表面温度值;
若所述表面温度值升高预设温度值,则控制所述升降装置运行以使所述外坩埚升高预设距离。
一种碳化硅生长控制方法,应用于上述的碳化硅生长装置所执行的碳化硅生长工艺中,所述碳化硅生长工艺包括抽真空阶段、初加热阶段、形核阶段、生长阶段和降温阶段;在生长阶段中,所述碳化硅生长控制方法包括:
控制所述升降装置运行,以使所述外坩埚以0.05mm/h-0.6mm/h的速度匀速升高。
本发明提供的碳化硅生长装置及碳化硅生长控制方法相对于现有技术的有益效果包括:
在碳化硅晶体的生长过程中,内坩埚中的碳化硅粉料受热升华,产生的碳化硅气氛自内坩埚的开口处导出,以在外坩埚顶部的籽晶结构上进行碳化硅生长。而在碳化硅的生长过程中,可以通过升降装置控制外坩埚升高,进而随着碳化硅晶体的生长,能使得生长碳化硅晶体的表面处于稳定的温度梯度中,进而使得生长碳化硅晶体的表面温度稳定,有利于提升碳化硅晶体生长品质的一致性,进而达到提升碳化硅晶体生长品质的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例中提供的碳化硅生长装置的结构示意图;
图2为本申请实施例中提供的碳化硅生长装置的局部剖视结构示意图;
图3为本申请实施例中提供的碳化硅生长装置的局部视图;
图4为本申请实施例中提供的一种碳化硅生长控制方法的流程图;
图5为本申请实施例中提供的另一种碳化硅生长控制方法的流程图。
图标:10-碳化硅生长装置;100-外坩埚;110-籽晶结构;120-容纳空间;200-第一升降轴;210-配合段;211-升降通道;220-连接段;221-卡槽;222-连接部;300-内坩埚;310-开口;400-第二升降轴;500-升降装置;510-升降臂;511-臂主体;512-夹持部;5121-夹持口;600-旋转驱动机构;610-传动结构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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,若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参阅图1,本申请实施例中提供了一种碳化硅生长装置10,用于生长碳化硅晶体。其中,该碳化硅生长装置10可以提升大尺寸碳化硅晶体的生长品质。
在本实施例中,碳化硅生长装置10包括外坩埚100、第一升降轴200、内坩埚300、第二升降轴400和升降装置500。外坩埚100内设有容纳空间120,且在外坩埚100顶部设有籽晶结构110。第一升降轴200竖直地设于外坩埚100底部,第一升降轴200内设有升降通道211,升降通道211与容纳空间120连通。内坩埚300用于装盛碳化硅粉料,设于容纳空间120内部,且内坩埚300顶部设有开口310。第二升降轴400竖直地设于内坩埚300底部,且第二升降轴400设于升降通道211内部,以在升降通道211内部上下移动。升降装置500与第一升降轴200连接,用于控制第一升降轴200上下移动。
也就是说,在升降装置500的驱动下,第一升降轴200可以带动外坩埚100上下移动,与此同时,第二升降轴400相对第一升降轴200移动,也就表现为第二升降轴400在升降通道211中上下移动。
以上所述,在碳化硅晶体的生长过程中,内坩埚300中的碳化硅粉料受热升华,产生的碳化硅气氛自内坩埚300的开口310处导出,以在外坩埚100顶部的籽晶结构110上进行碳化硅生长。而在碳化硅的生长过程中,可以通过升降装置500控制外坩埚100升高,进而随着碳化硅晶体的生长,能使得生长碳化硅晶体的表面处于稳定的温度梯度中,进而使得生长碳化硅晶体的表面温度稳定,有利于提升碳化硅晶体生长品质的一致性,进而达到提升碳化硅晶体生长品质的目的。
需要说明的是,在碳化硅晶体的生长过程中,籽晶结构110以下延伸至内坩埚300底部的空间中形成温度梯度,以方便碳化硅粉料升华形成的碳化硅气氛向上传输,且在籽晶结构110上进行碳化硅晶体的生长。在碳化硅晶体的生长过程中,若籽晶结构110上生长了一定厚度的碳化硅晶体,新生长的碳化硅晶体则是以之前生长的碳化硅晶体为基础进行生长,也就是说,用于生长碳化硅晶体的表面会逐渐向下移,对于大尺寸的碳化硅晶体生长,在碳化硅晶体的厚度达到一定程度时,便容易对碳化硅晶体的生长品质造成影响;基于此,通过本实施例中提供的碳化硅生长装置10,可以在碳化硅晶体的生长过程中控制外坩埚100向上移动,从而带动籽晶结构110以及碳化硅晶体向上移动,可以确保用于生长碳化硅晶体的表面所处的温度梯度稳定,进而使得生长碳化硅晶体的表面温度稳定,有利于提升碳化硅晶体生长品质的一致性,进而达到提升碳化硅晶体生长品质的目的。
当然,该碳化硅生长装置10还可以包括加热装置(图未示)以及保温层(图未示)等结构,以使得该碳化硅生长装置10可以实现其功能,上述结构均为现有技术,在此不再赘述。
可选地,在本实施例中,内坩埚300的外侧壁贴合于外坩埚100的内侧壁。由此可以防止碳化硅气氛过多地传输至外坩埚100和内坩埚300之间的缝隙中,避免泄漏硅或碳化硅气氛到外坩埚外腐蚀石墨加热器。与此同时,还能防止内坩埚300外壁产生碳化硅结晶导致内坩埚300的加热效果受影响的问题产生。
在本实施例中,请结合参阅图1和图2,第一升降轴200包括同轴设置的配合段210和连接段220,配合段210内形成升降通道211,连接段220连接于升降装置500。配合段210的截面与第二升降轴400的截面均为非圆形。
其中,非圆形指代的是,可以是多边形、椭圆形或者异形等。在本申请的实施例中,配合段210和第二升降轴400的截面形状均优选为方形。
值得注意的是,在配合段210中的升降通道211其内壁形成与第二升降轴400适配的形状,以方便第二升降轴400与第一升降轴200稳定地配合。当然,为了方便第二升降轴400与第一升降轴200之间的相对移动,第二升降轴400与升降通道211的内壁之间具有一定的缝隙;或者,也可以看作是,升降通道211的内径略大于第二升降通道211的外径。
进一步地,碳化硅生长装置10还包括旋转驱动机构600,配合段210的外周还设有传动结构610,旋转驱动机构600与传动结构610连接,也驱动配合段210旋转。也就是说,旋转驱动机构600可以带动配合段210旋转,由此带动外坩埚100旋转;由于配合段210和第二升降轴400均为非圆形,由此可以同时实现内坩埚300的同步旋转。
应当理解,在本申请的其他实施例中,也可以取消旋转驱动机构600的设置,也就是说,本实施例中提供的碳化硅生长装置10中的外坩埚100和内坩埚300也可以在不旋转的情况下实现碳化硅晶体的生长。
可选地,在本实施例中,传动结构610为齿轮,且传动结构610中心开设有形状与配合段210的截面适配的通孔,配合段210可活动地设于通孔中。
也就是说,在升降装置500驱动第一升降轴200上下移动的过程中,传动结构610不跟随第一升降轴200上下移动,而表现为第一升降轴200在传动结构610中心上下移动。然而,由于配合段210的截面与通孔适配,使得在传动机构被旋转驱动机构600驱动的过程中,同样可以将旋转传递至第一升降轴200,以带动外坩埚100和内坩埚300转动。
应当理解,在本申请的其他实施例中,传动结构610也可以固定在第一升降轴200上,此时,可以将旋转驱动机构600中与传动结构610配合的齿轮沿其轴向设置的足够长,使得在传动结构610跟随第一升降轴200移动之后还能与旋转驱动机构600保持传动配合即可。
在本实施例中,请结合参阅图1和图3,升降装置500具有升降臂510,升降臂510的端部设有夹持口5121;连接段220的外周开设有环形的卡槽221,以在卡槽221处形成圆柱形的连接部222,升降臂510卡入卡槽221,且使连接部222卡转动地设于夹持口5121中。也就是说,可以通过卡槽221与升降臂510的限制,在升降装置500驱动升降臂510上下移动的过程中,便能带动第一升降轴200以及外坩埚100上下移动。而在旋转驱动机构600驱动第一升降轴200转动的过程中,圆柱形的连接部222便能在夹持口5121中转动,使得升降臂510不影响第一升降轴200的转动,而第一升降轴200的转动也不影响升降臂510的升降动作。换言之,可以在第一升降轴200旋转的过程中同时实现第一升降轴200的上下移动。
可选地,升降臂510包括臂主体511和两个设于臂主体511端部的夹持部512,两个夹持部512间隔以形成夹持口5121;两个夹持部512卡入卡槽221中,且夹持部512的厚度小于或等于卡槽221沿连接段220轴向的宽度。
当然,在本申请的其他实施例中,升降臂510的具体结构也可以根据实际情况进行调整。例如,夹持部512也可以采用环形的结构设置等,此时,夹持口5121则为环形结构中心的孔。
在本实施例中,籽晶结构110上用于生长晶体的表面与碳化硅粉料靠近籽晶结构110的一侧之间的距离大于或等于4cm。也就是说,随着碳化硅晶体的生长,控制第一升降轴200移动,以使得籽晶结构110能远离碳化硅粉料移动,以使得籽晶结构110上的碳化硅晶体生长平面能始终与碳化硅粉料保持大于4cm的距离,能提升碳化硅晶体的生长品质。
另外,在本申请的实施例中,内坩埚300在容纳空间中120移动的最大行程的范围大于或等于3cm,当然,在本实施例中,由于升降装置500驱动第一升降轴200和外坩埚100移动,因此,也可以看作是,外坩埚100相对内坩埚300移动的最大行程范围大于或等于3cm。值得注意的是,内坩埚300在容纳空间中120移动的最大行程的范围大于或等于3cm表现为,容纳空间120的深度与内坩埚300的高度之差大于或等于3cm。
基于上述提供的碳化硅生长装置10,本实施例中还提供了一种碳化硅生长控制方法,其能被碳化硅生长装置10执行,实现提升大尺寸碳化硅晶体生长品质的目的。
其中,该碳化硅生长控制方法应用于上述的碳化硅生长装置10所执行的碳化硅生长工艺中,碳化硅生长工艺包括抽真空阶段、初加热阶段、形核阶段、生长阶段和降温阶段。在生长阶段中,请参阅图4,碳化硅生长控制方法包括:
S1、检测籽晶结构110上生长的晶体远离籽晶结构110一侧的表面温度值;
S2、若表面温度值升高预设温度值,则控制升降装置500运行以使外坩埚100升高预设距离。
需要说明的是,籽晶结构110上生长的晶体远离籽晶结构110一侧的表面即为用于生长碳化硅晶体的表面,而检测该表面的温度的方式可以是,在外坩埚100和内坩埚300上均形成封闭的可视窗口,通过光学高温计来对该表面的温度进行检测。
其中,由于碳化硅晶体在生长过程中,随着晶体的厚度增加,用于生长碳化硅晶体的表面逐渐向下移,也就使得用于生长碳化硅晶体的表面所处平面的温度逐渐增加,由此使得用于生长碳化硅晶体的表面的温度不断升高。基于此,通过检测用于生长碳化硅晶体的表面的温度来控制升降装置500运行,能确保用于生长碳化硅晶体的表面的温度稳定,即能使得该用于生长碳化硅晶体的表面处于稳定的温度梯度中,达到提升碳化硅晶体生长品质的目的。
可选地,预设温度的取值可以是10℃-60℃,由于光学高温计等用于检测高温温度的设备具有一定的误差,因此,可以基于其误差在上述范围中进行取值,例如,在误差较大的情况下,可以取用较小的值;若误差较小的情况下,便可以取用较大的值。另外,预设距离的取值范围可以是0.5cm-1.5cm,其中,一般情况下,籽晶结构110以下延伸至内坩埚300底部的温度梯度从上到下的方向上大致为20℃/cm-40℃/cm,基于此,在检测到的温度差值在20℃-60℃之间的情况下,表示用于生长晶体的表面下降了大致1cm,便可以控制外坩埚100带动籽晶结构110上升大致1cm的距离,以确保用于生长碳化硅晶体的表面所处温度稳定,进而达到提升碳化硅晶体生长品质的目的。
另外,抽真空阶段中,先将碳化硅生长装置10所在密闭空间中抽真空至10-6mbar以下,且保持1.5h-2.5h。在初加热阶段中,向密闭空间中充入氩气或氮气等惰性气体,氮气流量控制在0.3L/min-0.45L/min,氩气流量控制在0.5L/min-1.3L/min,同时使密闭空间中的气压保持在300mbar~500mbar的范围中。在形核阶段中,控制碳化硅粉料区的温度在2150℃-2550℃的范围之间,控制粉料区上方的气相区的温度在2050℃-2450℃的范围之间,控制籽晶处的温度处于1900℃-2300℃的范围之间。在生长阶段中,控制密闭空间中的气压为5mbar-40mbar,且控制碳化硅粉料区的温度在2150℃-2550℃的范围之间,控制粉料区上方的气相区的温度在2300℃-2400℃的范围之间,控制籽晶处的温度处于2250℃-2350℃的范围之间,且在生长阶段持续120h-200h。在降温阶段中,控制密闭空间中的压力保持在50mbar-100mbar,调节炉内温度以90℃/h-110℃/h的速度缓慢降至室温。在抽真空阶段之前,还可以包括组装阶段,也即将碳化硅粉料装入内坩埚300中,且将内坩埚300装入外坩埚100中等;值得注意的是,为了方便内坩埚300装入外坩埚100中,外坩埚100可以采用分体式的设置方式,例如,外坩埚100可以包括上下两个筒体,两个筒体采用螺纹连接方式连接从而形成外坩埚100;此时,内坩埚300可以先装入一个筒体,然后将另一个筒体与装入内坩埚300的筒体连接,便能实现将内坩埚300装入外坩埚100中的目的。
另外,本申请的实施例中,还提供了一种碳化硅生长控制方法,该碳化硅生长控制方法与上述的碳化硅生长控制方法的区别在于,控制升降装置500的方式不同。
在该碳化硅生长控制方法中;请参阅图5,在生长阶段中,碳化硅生长控制方法包括:
S3、控制升降装置500运行,以使外坩埚100以0.05mm/h-0.6mm/h的速度匀速升高。
也就是说,可以通过实验的方式计算得到碳化硅晶体的生长速度,再以及碳化硅晶体的生长速度来调整该外坩埚100的升高速度,进而可以使得用于生长碳化硅晶体的表面可以处于稳定的温度梯度中,保持该平面的温度稳定,进而达到提升碳化硅晶体生长一致性,提升碳化硅晶体品质的目的。
综上所述,在碳化硅晶体的生长过程中,内坩埚300中的碳化硅粉料受热升华,产生的碳化硅气氛自内坩埚300的开口310处导出,以在外坩埚100顶部的籽晶结构110上进行碳化硅生长。而在碳化硅的生长过程中,可以通过升降装置500控制外坩埚100升高,进而随着碳化硅晶体的生长,能使得生长碳化硅晶体的表面处于稳定的温度梯度中,进而使得生长碳化硅晶体的表面温度稳定,有利于提升碳化硅晶体生长品质的一致性,进而达到提升碳化硅晶体生长品质的目的。
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,任何熟悉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,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种碳化硅生长装置,其特征在于,包括:
外坩埚(100),内设有容纳空间(120),且在所述外坩埚(100)顶部设有籽晶结构(110);
第一升降轴(200),竖直地设于所述外坩埚(100)底部,所述第一升降轴(200)内设有升降通道(211),所述升降通道(211)与所述容纳空间(120)连通;
内坩埚(300),用于装盛碳化硅粉料,设于所述容纳空间(120)内部,且所述内坩埚(300)顶部设有开口(310);
第二升降轴(400),竖直地设于所述内坩埚(300)底部,且所述第二升降轴(400)设于所述升降通道(211)内部,以在所述升降通道(211)内部上下移动;以及,
升降装置(500),与所述第一升降轴(200)连接,用于控制所述第一升降轴(200)上下移动。
2.根据权利要求1所述的碳化硅生长装置,其特征在于,所述内坩埚(300)的外侧壁贴合于所述外坩埚(100)的内侧壁。
3.根据权利要求1所述的碳化硅生长装置,其特征在于,所述第一升降轴(200)包括同轴设置的配合段(210)和连接段(220),所述配合段(210)内形成所述升降通道(211),所述连接段(220)连接于所述升降装置(500);
所述配合段(210)的截面与所述第二升降轴(400)的截面均为非圆形。
4.根据权利要求3所述的碳化硅生长装置,其特征在于,所述碳化硅生长装置(10)还包括旋转驱动机构(600),所述配合段(210)的外周还设有传动结构(610),所述旋转驱动机构(600)与所述传动结构(610)连接,也驱动所述配合段(210)旋转。
5.根据权利要求4所述的碳化硅生长装置,其特征在于,所述传动结构(610)为齿轮,且所述传动结构(610)中心开设有形状与所述配合段(210)的截面适配的通孔,所述配合段(210)可活动地设于所述通孔中。
6.根据权利要求3所述的碳化硅生长装置,其特征在于,所述升降装置(500)具有升降臂(510),所述升降臂(510)的端部设有夹持口(5121);所述连接段(220)的外周开设有环形的卡槽(221),以在所述卡槽(221)处形成圆柱形的连接部(222),所述升降臂(510)卡入所述卡槽(221),且使所述连接部(222)卡转动地设于所述夹持口(5121)中。
7.根据权利要求6所述的碳化硅生长装置,其特征在于,所述升降臂(510)包括臂主体(511)和两个设于所述臂主体(511)端部的夹持部(512),两个所述夹持部(512)间隔以形成所述夹持口(5121);两个所述夹持部(512)卡入所述卡槽(221)中,且所述夹持部(512)的厚度小于或等于所述卡槽(221)沿所述连接段(220)轴向的宽度。
8.根据权利要求1所述的碳化硅生长装置,其特征在于,所述籽晶结构(110)用于生长晶体的表面与碳化硅粉料靠近所述籽晶结构的一侧之间的距离大于或等于4cm。
9.一种碳化硅生长控制方法,其特征在于,应用于如权利要求1-8中任意一项所述的碳化硅生长装置(10)所执行的碳化硅生长工艺中,所述碳化硅生长工艺包括抽真空阶段、初加热阶段、形核阶段、生长阶段和降温阶段;在生长阶段中,所述碳化硅生长控制方法包括:
检测所述籽晶结构(110)上生长的晶体远离所述籽晶结构(110)一侧的表面温度值;
若所述表面温度值升高预设温度值,则控制所述升降装置(500)运行以使所述外坩埚(100)升高预设距离。
10.一种碳化硅生长控制方法,其特征在于,应用于如权利要求1-8中任意一项所述的碳化硅生长装置(10)所执行的碳化硅生长工艺中,所述碳化硅生长工艺包括抽真空阶段、初加热阶段、形核阶段、生长阶段和降温阶段;在生长阶段中,所述碳化硅生长控制方法包括:
控制所述升降装置(500)运行,以使所述外坩埚(100)以0.05mm/h-0.6mm/h的速度匀速升高。
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06298594A (ja) * | 1993-04-12 | 1994-10-25 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 単結晶育成装置 |
JP2009023880A (ja) * | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶の製造装置 |
JP2013126931A (ja) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | Showa Denko Kk | 炭化珪素単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法 |
CN107142520A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-09-08 | 中国科学院电工研究所 | 一种控制碳化硅单晶生长装置 |
CN110904508A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-03-24 | 山东天岳先进材料科技有限公司 | 碳化硅单晶的制备装置及其应用 |
CN111041553A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-21 | 山东天岳先进材料科技有限公司 | 一种晶体生长的装置及方法 |
CN218089893U (zh) * | 2022-08-17 | 2022-12-20 | 安徽研泠科技有限公司 | 一种大尺寸、低缺陷密度的碳化硅单晶生长装置 |
CN116536766A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-08-04 | 江苏集芯半导体硅材料研究院有限公司 | 制备高质量碳化硅晶体的生长方法及设备 |
-
2023
- 2023-08-29 CN CN202311104064.1A patent/CN117071058A/zh active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06298594A (ja) * | 1993-04-12 | 1994-10-25 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 単結晶育成装置 |
JP2009023880A (ja) * | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶の製造装置 |
JP2013126931A (ja) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | Showa Denko Kk | 炭化珪素単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法 |
CN107142520A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-09-08 | 中国科学院电工研究所 | 一种控制碳化硅单晶生长装置 |
CN110904508A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-03-24 | 山东天岳先进材料科技有限公司 | 碳化硅单晶的制备装置及其应用 |
CN111041553A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-21 | 山东天岳先进材料科技有限公司 | 一种晶体生长的装置及方法 |
CN218089893U (zh) * | 2022-08-17 | 2022-12-20 | 安徽研泠科技有限公司 | 一种大尺寸、低缺陷密度的碳化硅单晶生长装置 |
CN116536766A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-08-04 | 江苏集芯半导体硅材料研究院有限公司 | 制备高质量碳化硅晶体的生长方法及设备 |
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