CN117328133A - 液相法生长碳化硅晶体的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液相法生长碳化硅晶体的装置，涉及碳化硅生长领域，包括保温结构、坩埚、升降机构、调节环及籽晶杆，坩埚放置于保温结构内，用于盛装含硅熔体，坩埚的外周壁和保温结构的内壁之间具有预留间隙，升降机构设置于坩埚的上方，调节环位于预留间隙内且与升降机构传动连接，用于在升降机构的驱动下升降，籽晶杆设置有用于与含硅熔体接触以生长碳化硅晶体的籽晶。通过设置升降机构驱动在预留间隙内的调节环升降，可以调节预留间隙未被调节环占用的空间的位置和尺寸，从而调节坩埚对应部位的加热效果，进而调节坩埚内部的温度梯度，操作简单方便，可以有效弥补现有技术的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅生产领域，具体而言，涉及一种液相法生长碳化硅晶体的装置。
背景技术
碳化硅(SiC)作为新兴的第三代半导体核心材料，具有宽禁带、高临界击穿电场强度、高电子迁移率以及良好的抗辐照性和化学稳定性等优异性，这使其成为一种广泛应用的重要衬底晶片材料，在航空器件、新能源汽车、轨道交通和家用电器等领域展现了良好的应用前景。
目前，碳化硅晶体的生长工艺主要有气相法(PVT)、液相法(BLE)、沉积法(CVD)等。基于液相法的晶体生长装置，温度梯度是影响碳化硅晶体生长的重要因素。但是，现有技术中主要通过驱动晶体生长装置的坩埚或者加热结构升降对温度梯度进行调节，操作复杂不便。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种液相法生长碳化硅晶体的装置，其能够简单方便地调节温度梯度。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种液相法生长碳化硅晶体的装置，包括：
保温结构；
坩埚，所述坩埚放置于所述保温结构内，用于盛装含硅熔体，所述坩埚的外周壁和所述保温结构的内壁之间具有预留间隙；
升降机构，所述升降机构设置于所述坩埚的上方；
调节环，所述调节环位于所述预留间隙内且与所述升降机构传动连接，用于在所述升降机构的驱动下升降；
籽晶杆，所述籽晶杆设置有用于与所述含硅熔体接触以生长碳化硅晶体的籽晶。
在可选的实施方式中，所述调节环与所述坩埚的外周壁滑动配合。
在可选的实施方式中，所述调节环的外周壁与所述保温结构的内壁间隔设置。
在可选的实施方式中，所述坩埚和所述调节环均为石墨材质。
在可选的实施方式中，所述调节环包括所述第一环体和位于所述第一环体下方的第二环体，所述第一环体和所述第二环体均位于所述预留间隙内且与所述升降机构传动连接。
在可选的实施方式中，所述第一环体和所述第二环体的形状和尺寸相同。
在可选的实施方式中，所述第一环体和所述第二环体的高度均大于或者等于所述坩埚的高度的三分之一且小于或者等于所述坩埚的高度的二分之一。
在可选的实施方式中，所述升降机构通过第一连接件与所述第一环体连接且通过第二连接件与所述第二环体连接，所述第一环体开设有供所述第二连接件穿设的避位通道。
在可选的实施方式中，所述第一连接件和所述第二连接件均为连接绳或者连接杆。
在可选的实施方式中，所述籽晶杆与所述升降机构传动连接，用于在所述升降机构的驱动下升降。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
本液相法生长碳化硅晶体的装置包括保温结构、坩埚、升降机构、调节环及籽晶杆，坩埚放置于保温结构内，用于盛装含硅熔体，坩埚的外周壁和保温结构的内壁之间具有预留间隙，升降机构设置于坩埚的上方，调节环位于预留间隙内且与升降机构传动连接，用于在升降机构的驱动下升降，籽晶杆设置有用于与含硅熔体接触以生长碳化硅晶体的籽晶。通过设置升降机构驱动在预留间隙内的调节环升降，可以调节预留间隙未被调节环占用的空间的位置和尺寸，从而调节坩埚对应部位的加热效果，进而调节坩埚内部的温度梯度，操作简单方便，有效弥补了现有技术的缺陷。
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为本发明第一实施例提供的液相法生长碳化硅晶体的装置的调节环处于坩埚上方时的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的液相法生长碳化硅晶体的装置的调节环处于坩埚下方时的结构示意图；
图3为本发明第二实施例提供的液相法生长碳化硅晶体的装置的结构示意图。
图标：100-保温结构；200-坩埚；210-含硅熔体；300-预留间隙；400-籽晶杆；500-调节环；510-第一环体；512-避位通道；520-第二环体；600-连接件；610-第一连接件；620-第二连接件。
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。
现有技术中，采用液相法生长碳化硅晶体的装置，一般采用驱动坩埚或者加热结构升降的方式来实现温度梯度的调节。但是，坩埚由于自身重量以及盛装的含硅熔体，重量很大，而加热结构一般需要连接外部的电源导线，升降时容易与其它结构发生干涉，因此二者的升降操作都比较复杂不便。
针对上述情况，本发明提供了一种新的液相法生长碳化硅晶体的装置，其通过在保温结构和坩埚之间设置一定宽度的预留间隙，并通过升降机构驱动调节环在预留间隙内升降，就可以调节预留间隙未被调节环占用的空间的位置和尺寸，从而调节坩埚对应部位的加热效果，进而简单方便地实现对坩埚内部的温度梯度的调节。
下面结合附图详细介绍本发明的两个实施例提供的装置的整体构造、工作原理及取得的技术效果。
第一实施例：
请参照图1和图2，本发明的实施例提供的液相法生长碳化硅晶体的装置包括保温结构100、坩埚200、升降机构(图中未示出)、调节环500和籽晶杆400。
其中，保温结构100采用多层石墨毡或者石墨纸层叠设置后加工形成，具有优良的保温效果。为了提高保温效果，本实施例中，保温结构100一般为封闭式结构(图1和图2中未示出保温结构100的顶盖)。
坩埚200放置于保温结构100内，用于盛装含硅熔体210。坩埚200的底壁与保温结构100的底壁接触，坩埚200的外周壁和保温结构100的内壁之间具有预留间隙300。
坩埚200可以根据需要采用不同的材质，本实施例中，坩埚200为石墨材质。其它实施例中，坩埚200也可以为钨材质。坩埚200的尺寸也可以根据需要设置，本实施例中，坩埚200的厚度为3-30mm。
升降机构设置于保温结构100和坩埚200的上方。升降机构可以根据需要采用不同的结构，本实施例中，升降机构包括相互连接的电机和传动件，传动件可以为滚筒、齿轮齿条组等结构。
调节环500位于预留间隙300内且与升降机构传动连接，用于在升降机构的驱动下升降。详细地，调节环500通过连接件600与升降机构的传动件连接。连接件600可以为连接绳或者连接杆(保温结构100的顶盖上开设供连接绳或者连接杆穿设的通孔)。
当连接件600为连接绳时，传动件可以为滚筒，连接绳一端连接调节环500，另一端缠绕连接于滚筒上，滚筒在电机的驱动下驱动转动，即可收放连接绳，实现调节环500的升降；相应地，当连接件600为连接杆时，传动件可以为齿轮齿条组，连接杆一端连接调节环500，另一端连接齿条，齿条可以升降且与齿轮啮合，齿轮在电机的驱动下转动，即可带动齿条升降，从而带动连接杆和调节环500升降。
为了提高调节环500在预留间隙300内升降的稳定性，本实施例中，调节环500与坩埚200的外周壁滑动配合。其它实施例中，调节环500的内周壁也可以与坩埚200的外周壁间隔一定距离。
为了提高调节环500在预留间隙300内升降的顺畅性，本实施例中，调节环500的外周壁与保温结构100的内壁间隔设置，以避免调节环500升降过程中与保温结构100的内壁摩擦，导致调节环500升降受阻。
调节环500的材料也可以根据需要设置，本实施例中，调节环500为石墨材质，以便与坩埚200的材料匹配，利于与坩埚200的外周壁的滑动配合。
籽晶杆400与升降机构传动连接，用于在升降机构的驱动下升降(保温结构100的顶盖上开设有供籽晶杆400穿设的通孔)。即本实施例中，籽晶杆400与调节环500共用一个升降机构，从而有效减少升降机构的数量，简化本装置的结构，降低本装置的成本。其它实施例中，籽晶杆400的升降也可以由其它升降机构驱动。
本液相法生长碳化硅晶体的装置的工作原理和过程具体如下：
生长碳化硅晶体时，首先对保温结构100内部进行抽真空处理，直到保温结构100内部压强下降至5×10 6mpar以下，然后向保温结构100内充入工艺气体(氩气、氮气、氢气、氦气等气体的一种或多种)，以使保温结构100内部压强上升至1～800mbar。然后通过加热结构(比如感应线圈)加热坩埚200使其升温至1500～2300℃。之后籽晶杆400先驱动籽晶下降以接触含硅熔体210，再逐渐上升以使碳化硅晶体在籽晶上生长。在上述碳化硅晶体生长的过程中，可以根据实际需要，控制升降机构驱动调节环500在预留间隙300内升降，从而调节预留间隙300未被调节环500占用的空间的位置和尺寸，进而调节坩埚200对应位置处的加热效果，实现对坩埚200内温度梯度的调节。一般来说，坩埚200对应预留间隙300未被占用的空间的位置，其加热效果由于空间的存在相对比较均匀，在该对应位置处坩埚200内的温度梯度较小，其它位置处坩埚200的温度梯度较大，调节该空间的位置以及尺寸，就可以实现坩埚200不同位置处的温度梯度调节。
综上，本液相法生长碳化硅晶体的装置包括保温结构100、坩埚200、升降机构、调节环500及籽晶杆400，坩埚200放置于保温结构100内，用于盛装含硅熔体210，坩埚200的外周壁和保温结构100的内壁之间具有预留间隙300，升降机构设置于坩埚200的上方，调节环500位于预留间隙300内且与升降机构传动连接，用于在升降机构的驱动下升降，籽晶杆400设置有用于与含硅熔体210接触以生长碳化硅晶体的籽晶。通过设置升降机构驱动在预留间隙300内调节环500的升降，可以调节预留间隙300未被调节环500占用的空间的位置和尺寸，从而调节坩埚200对应部位的加热效果，进而调节坩埚200内部的温度梯度，操作简单方便，有效弥补了现有技术的缺陷。
第二实施例：
请参照图3，本发明实施例提供的液相法生长碳化硅晶体的装置与第一实施例提供的装置的整体构造、工作原理及取得的技术效果基本相同，不同之处在于调节环500的具体结构。
本实施例中，调节环500包括第一环体510和位于第一环体510下方的第二环体520，第一环体510和第二环体520均位于预留间隙300内且与升降机构传动连接。即本实施例中调节环500采用分体式结构，两个环体(即第一环体510和第二环体520)的组合升降可以更加灵活多样地调节预留间隙300未被占用的空间的位置和尺寸，从而使得本装置可以更加灵活多样地调节温度梯度。
进一步地，为了方便加工，本实施例中，即第一环体510和第二环体520的形状和尺寸相同。第一环体510和第二环体520高度均大于或者等于坩埚200高度的三分之一且小于或者等于坩埚200的高度的二分之一，这样第一环体510和第二环体520组合升降即可覆盖坩埚200的大部分高度，实现各个坩埚200轴向上不同位置的温度梯度调节。
由于调节环500采用分体式结构，为了实现第一环体510和第二环体520二者独立升降互不干涉，本实施例中，升降机构通过第一连接件610与第一环体510连接且通过第二连接件620与第二环体520连接，详细地，升降机构包括两个电机和两个传动件，两个电机分别与两个传动件连接，其中一个传动件通过第一连接件610与第一环体510连接，另外一个传动件通过第二连接件620与第二环体520连接。
同时由于第一环体510和第二环体520一上一下设置，为了避免第一环体510和第二连接件620发生干涉，第一环体510开设有供第二连接件620穿设的避位通道512。如此设置，即可实现两个调节环500的独立升降，从而使得本装置可以根据需要调节两个调节环500的位置，进而调节预留间隙300未被占用的空间的位置和尺寸，以实现温度梯度的调节。
本实施例中，第一连接件610和第二连接件620均为连接绳或者连接杆，与传动件的连接方式可以参照第一实施例，此处不再赘述。
最后，需要说明的是，调节环500的具体结构除了上述两个实施例所述的之外，还可以包括三个以上的环体结构，这样就可以实现更加丰富多样的预留间隙300未被占用的空间的形态，进而实现更加丰富多样的温度梯度的调节效果。
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。
Claims (10)
1.一种液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，包括：
保温结构(100)；
坩埚(200)，所述坩埚(200)放置于所述保温结构(100)内，用于盛装含硅熔体(210)，所述坩埚(200)的外周壁和所述保温结构(100)的内壁之间具有预留间隙(300)；
升降机构，所述升降机构设置于所述坩埚(200)的上方；
调节环(500)，所述调节环(500)位于所述预留间隙(300)内且与所述升降机构传动连接，用于在所述升降机构的驱动下升降；
籽晶杆(400)，所述籽晶杆(400)设置有用于与所述含硅熔体(210)接触以生长碳化硅晶体的籽晶。
2.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述调节环(500)与所述坩埚(200)的外周壁滑动配合。
3.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述调节环(500)的外周壁与所述保温结构(100)的内壁间隔设置。
4.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述坩埚(200)和所述调节环(500)均为石墨材质。
5.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述调节环(500)包括第一环体(510)和位于所述第一环体(510)下方的第二环体(520)，所述第一环体(510)和所述第二环体(520)均位于所述预留间隙(300)内且与所述升降机构传动连接。
6.根据权利要求5所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述第一环体(510)和所述第二环体(520)的形状和尺寸相同。
7.根据权利要求5所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述第一环体(510)和所述第二环体(520)的高度均大于或者等于所述坩埚(200)的高度的三分之一且小于或者等于所述坩埚(200)的高度的二分之一。
8.根据权利要求5所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述升降机构通过第一连接件(610)与所述第一环体(510)连接且通过第二连接件(620)与所述第二环体(520)连接，所述第一环体(510)开设有供所述第二连接件(620)穿设的避位通道(512)。
9.根据权利要求8所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述第一连接件(610)和所述第二连接件(620)均为连接绳或者连接杆。
10.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述籽晶杆(400)与所述升降机构传动连接，用于在所述升降机构的驱动下升降。
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| CN202311308208.5A Pending CN117328133A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 液相法生长碳化硅晶体的装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN117328133A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118272909A (zh) * | 2024-04-07 | 2024-07-02 | 眉山博雅新材料股份有限公司 | 一种晶体生长设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017209376A2 (ko) * | 2016-05-30 | 2017-12-07 | 주식회사 사파이어테크놀로지 | 탄화규소 단결정 잉곳의 성장장치 및 그 성장방법 |
| CN112795980A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-05-14 | 中山大学 | 人工晶体生长的温场调控装置和温场动态调控方法 |
| CN113122917A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-07-16 | 宁波恒普真空技术有限公司 | 一种用于制备碳化硅晶体的石墨热场单晶生长装置 |
| CN115261975A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 温度梯度动态可调节的人工晶体生长温场结构及温场调节方法 |
-
2023
- 2023-10-09 CN CN202311308208.5A patent/CN117328133A/zh active Pending
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