CN1312079C - 一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置 - Google Patents

Abstract

一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，特别涉及一种基于铜螺旋管射频加热的竖直式冷壁高温大功率碳化硅(SiC)外延材料制造装置。该装置，包括双层石英外延生长室、样品交接室、样品传递与支撑装置、波纹管调节器、插板隔断阀，其双层石英外延生长室、插板隔断阀、样品交接室、波纹管调节器、以及样品传递与支撑架上下依次连接在一条垂直轴线上；样品传递与支撑架位于共同垂直轴线上。本发明采用了竖直结构的水冷双层石英生长室，具有轴对称性，易于控制气流状态，加热效率高，不发生辉光现象；且可扩展性强，通过增大石英管的直径，可以外延生长尺寸更大或小尺寸多片的碳化硅(SiC)外延材料。

Description

一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置

技术领域

本发明涉及一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，特别涉及一种基于铜螺旋管射频加热的竖直式冷壁高温大功率碳化硅(SiC)外延材料制造装置。

背景技术

近年来由于科学技术的发展及军事、航天、雷达通讯、石油钻探、汽车工业等对耐高温、大功率工作和抗辐照电子器件的大量需求，以碳化硅(SiC)为代表的宽带隙半导体材料及其器件研究为人们所关注。碳化硅(SiC)是继硅(Si)及砷化镓(GaAs)传统半导体之后出现的第三代半导体，具有禁带宽(Si的3倍)、热导率高(Si的3.3倍)、击穿场强高(Si的10倍)、饱和电子漂移速率高(Si的2.5倍)、工作温度高(400~600℃)、键合能高以及极好的物理及化学稳定性等许多优良特性，使其在高温、大功率、抗辐照的器件应用方面有着得天独厚的潜力和优势。当前，国际上高温、大功率、抗辐照的性能好的半导体器件大部分都是用碳化硅(SiC)材料制作的。正是因为碳化硅所具备的优良特性和碳化硅器件所展示的巨大应用潜力及在国防应用上具有的特殊地位，国际上非常注重碳化硅材料与器件的研究开发，许多西方政府和公司都正在投巨资从事碳化硅的研发工作。碳化硅的研究工作包括从碳化硅(SiC)单晶的制备、外延材料(包括同质外延与异质外延)的生长、特性表征，到碳化硅各种高温、高频、大功率器件的研发。其中碳化硅外延生长，是实现碳化硅器件的关键技术和瓶颈。要制备碳化硅器件，需要高质量的器件结构外延材料，如良好的表面形貌、厚度的有效控制、掺杂的有效控制、良好的厚度及掺杂均匀性等。在有效的几种外延生长技术中，化学气相沉积(CVD)技术已成为优质碳化硅(SiC)器件结构材料的关键生长技术，并使得碳化硅器件的研制工作取得突破性进展。所谓CVD技术，就是将化合物气体如硅烷(SiH₄)、乙烯(C₂H₄)和氢气(H₂)等反应气体通入外延生长室内，在热衬底表面上发生化学反应，并在衬底上淀积所希望的薄膜材料，如碳化硅(SiC)外延材料。

发明内容

本发明的目的是设计一种竖直式冷壁高温大功率碳化硅(SiC)外延材料制造装置，利用该装置不但能够实现碳化硅的大面积异质外延生长(非碳化硅(SiC)衬底材料：包括单晶Si衬底、蓝宝石衬底、硅-二氧化硅-表面硅(SOI)衬底、氧化锌(ZnO)以及其它柔性衬底等)，而且也能够实现碳化硅(SiC)衬底上的同质外延生长，并达到较高的碳化硅外延材料厚度及掺杂浓度均匀性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，包括双层石英外延生长室、样品交接室、样品传递与支撑装置、波纹管调节器、插板隔断阀，其中，样品传递与支撑架垂直设置，其上套设有波纹管调节器，样品传递与支撑架的下部通过法兰圈与波纹管调节器的下端口固接；波纹管调节器的上方又套设有样品交接室，波纹管调节器的上端口与样品交接室的下端口固接；样品交接室的上方又套设有插板隔断阀，样品交接室的上端口与插板隔断阀的下端口固接；插板隔断阀的上方再套设有双层石英外延生长室，插板隔断阀的上端口与双层石英外延生长室的下端口固接；样品传递与支撑架的上部位于双层石英外延生长室的容腔内，样品传递与支撑架的顶端位于双层石英外延生长室的容腔中心处；双层石英外延生长室内有石墨感应加热器，石墨感应加热器水平设置，其下表面中心与样品传递与支撑架的顶端相接；双层石英外延生长室外周圆中部围有一圈铜螺旋管加热线圈，铜螺旋管加热线圈与生长室外壁之间有一定间隙；其双层石英外延生长室、插板隔断阀、样品交接室、波纹管调节器、以及样品传递与支撑架上下依次连接在一条垂直轴线上；样品传递与支撑架位于共同垂直轴线上。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述的样品传递与支撑架，包括传递杆、磁套、传递杆真空外套、带碳化硅涂层的小石墨棒、小石英管支架和小石英管支架固定器，其中，传递杆与磁套动连接，传递杆真空外套套于磁套外周面，其上端设有法兰圈，可与位于它上面的波纹管调节器的下端口法兰圈密封连接；带碳化硅涂层的小石墨棒的上端是一个圆锥台，圆锥台与石墨感应加热器连接，它的中段是一个圆柱体，它的下端也是一个圆柱体，下端圆柱体的直径比中段圆柱体的直径小，下端圆柱体插入圆筒状小石英管支架的上端内筒内；小石英管支架的下端内筒套于传递杆上端的阶梯轴杆上，下端外侧面插入传递杆上端面的小石英管支架固定器，它们之间形成间隙配合；磁套与外设电机动连接；传递杆、小石墨棒、小石英管支架和小石英管支架固定器被密封在装置构成的真空室内。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述双层石英外延生长室，由直径不同的两个同轴心石英管组成，上端以法兰盘密封，下端以法兰圈与插板隔断阀密封连接；下端法兰圈侧面设有进水管，上端法兰盘侧面设有出水管，进水管、出水管与两个同轴心石英管构成的夹层空间相通；上端法兰盘的中心位置设有进气管，上端法兰盘的内腔设有气体缓冲分散器。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述气体缓冲分散器，由两部分组成，一个气体缓冲分散板和一个带缺口的圆环，用带缺口的圆环将气体缓冲分散板由下方固定在生长室的上端法兰盘内；气体缓冲分散板上有许多小孔，呈中心对称分布，中间部分，位于进气口的正下方没有小孔。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述样品交接室，为十字形圆筒状，有四个带法兰圈的端口，其上端口与插板隔断阀密封相连，下端口与波纹管调节器密封连接；两侧端口，其一侧端口为进样门，另一侧端口接有抽气管。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述波纹管调节器，其上、下端口的法兰圈水平延伸有复数个支脚，支脚均匀分布，上设有孔，孔内固连有支柱；调节支柱两端固紧装置，以改变上、下端口法兰圈的相对距离，来调节石墨感应加热器在石英管生长室中的位置。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述双层石英外延生长室的水冷结构，冷却水是自下而上流动，反应气体自上而下流动；在进气口安装有气体缓冲分散器，消除了反应气体的强湍流现象，并在外延生长室内形成平稳流动气体。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述石墨感应加热器，为一圆柱形块体，其上端面有一凹槽，用来放置碳化硅衬底材料，下端面中心部有一个圆锥台凹槽，圆锥台凹槽小石墨棒上端面的圆锥凸台形成紧密配合。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述小石英管支架固定器，为圆筒状，圆筒状内径与小石英管支架的外径适配，圆筒状下端口侧外缘有一圈水平突起，突起的外径与垂直传递杆的外径适配，在水平突起的平面上设有复数个固定孔，通过固紧装置与传递杆固接；小石英管支架固定器的筒内壁与阶梯轴杆的间隙，与小石英管支架的筒壁厚相适配。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其所述传递杆与磁套动连接，是磁套在电机驱动下，通过连动装置使传递杆伸长或缩短，而将传递杆上小石墨棒上端的石墨感应加热器送入双层石英外延生长室或退回样品交接室。

所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其还适用于多晶、非晶碳化硅薄膜材料的生长；采用不同的生长气体，还可以生长其它不同的外延材料，如氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)；采用不同的衬底材料，还可适用于其它衬底上的碳化硅(SiC)异质外延生长。

本发明的碳化硅外延生长室是一水冷的双层石英管腔室，波纹管调节器是用来调节石墨感应加热器在双层石英管外延生长室的中心位置；样品交接室的一侧是抽气口，该抽气口与抽气设备(分子泵和机械泵)相连，与其相对的一侧是样品交接门；传递与支撑装置具有两种功能，一是支撑石墨感应加热器，二是传递交接石墨感应加热器上的碳化硅(SiC)样品或衬底，采用直流电动机作为样品传递交接装置的动力。

其中所述的碳化硅样品外延生长室由竖直的双层石英管、多孔反应气体缓冲分散器和铜螺旋管加热线圈组成，双层石英管中间是冷却水，自下而上流动；多孔反应气体缓冲分散器用不锈钢材料制成，它位于生长室的顶部法兰盘的内部，螺旋管加热线圈位于双层石英管外侧的中间部位，其两极与射频电源的两个输出端相连。

样品传递与支撑装置由带碳化硅涂层的石墨棒、石英管、石英管固定器和不锈钢真空传递系统组成，真空传递系统的底端有一个旋转磁套，通过旋转磁套来带动中心杆的上下移动，从而达到传递和交接碳化硅样品或衬底的目的。

波纹管调节器是通过调整传递与支撑装置来调节石墨感应加热器与生长室石英壁的相对位置的，使其位于石英管外延生长室的轴中心位置。波纹管调节器由波纹管、法兰和三根调节柱组成。波纹管的两端是法兰，三根调节柱等角分布于两个法兰外沿的三对螺纹座上。

实现本发明所采取的技术措施有以下几个方面：一是样品生长室采用了水冷的双层石英管，实现冷壁外延生长；通过使用内表面光滑的石英管，有效控制反应气体的流动状态及其与室壁的相互作用-粘滞性；二是在反应室进气口加装气体缓冲分散器，以消除反应气体从气体管道进入生长室后而引起的气体湍流，使气体迅速进入平稳流动状态；三是采用置于生长室外的螺旋管加热方式，消除因内置螺旋管而带来的杂质污染；四是利用波纹管调节器来调整石墨感应加热器与石英壁的相对位置，使反应气体在外延生长室内实现动态轴对称分布。

本发明是一种气体反应生长装置，属于CVD生长技术范畴，是为制造碳化硅(SiC)外延材料而专门设计，除了用于单晶SiC外延材料的生长之外，该装置还适用于多晶、非晶碳化硅(SiC)薄膜材料的生长；采用不同的生长气体，还可以生长其它不同的外延材料，如氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)等；另外，采用不同的衬底材料，还可适用于其它衬底上的碳化硅(SiC)异质外延生长。

本发明的特点是采用了竖直结构的水冷双层石英生长室，具有轴对称性，易于控制气流状态，加热效率高，不发生辉光现象；另一个显著特点是可扩展性强，通过增大石英管的直径，可以外延生长尺寸更大或小尺寸多片的碳化硅(SiC)外延材料。

附图说明

图1是本发明竖直式高温大功率碳化硅(SiC)外延材料制造装置的主体示意图；

图2是本发明竖直式水冷双层石英管外延生长室示意图；

图3是本发明碳化硅(SiC)外延生长反应气体缓冲分散器示意图；(a)多孔气体缓冲分散板，(b)带缺口的支撑环；

图4是本发明样品传递与支撑装置示意图；

图5是本发明样品传递与支撑装置上端有碳化硅(SiC)涂层的石墨棒支撑杆结构示意图；

图6是本发明样品传递与支撑装置上的小石英管示意图；

图7是样品传递与支撑装置上端面的阶梯轴杆示意图；

图8是样品垂直传递与支撑装置上用到的小石英管固定器示意图；(a)是侧视图，(b)是俯视图；

图9是本发明样品交接室示意图；

图10是本发明波纹管调节器示意图；(a)是侧视图，(b)是俯视图；

图11是本发明有碳化硅(SiC)涂层的石墨感应加热器示意图；(a)是俯视图，(b)是侧视剖面图；

图12是本发明铜螺旋管射频加热线圈示意图。

具体实施方式

图1是直立式高温大功率碳化硅外延材料制造装置的主体示意图。该装置是一高真空系统，由不锈钢和石英材料制造而成。如图1所示，整个装置由双层石英外延生长室1、样品传递与支撑架2、石墨感应加热器3、波纹管调节器4、样品交接室5、铜螺旋管加热线圈6和插板隔断阀7等部分组成，其中，样品传递与支撑架2垂直设置，其上套设有波纹管调节器4，样品传递与支撑架2的下部通过法兰圈与波纹管调节器4的下端口固接。波纹管调节器4的上方又套设有样品交接室5，波纹管调节器4的上端口与样品交接室5的下端口固接；样品交接室5的上方又套设有插板隔断阀7，样品交接室5的上端口与插板隔断阀7的下端口固接；插板隔断阀7的上方再套设有双层石英外延生长室1，插板隔断阀7的上端口与双层石英外延生长室1的下端口固接；样品传递与支撑架2的上部位于双层石英外延生长室1的容腔内，样品传递与支撑架2的顶端位于双层石英外延生长室1的容腔中心处。双层石英外延生长室1内有石墨感应加热器3，石墨感应加热器3水平设置，其下表面中心与样品传递与支撑架2的顶端相接。双层石英外延生长室1外周圆中部围有一圈铜螺旋管加热线圈6，铜螺旋管加热线圈6与生长室1外壁之间有一定间隙，其两端与射频电源的两个输出端相连。

双层石英外延生长室1、插板隔断阀7、样品交接室5、波纹管调节器4、以及样品传递与支撑架2上下依次连接在一条垂直轴线上。样品传递与支撑架2位于共同垂直轴线上。

双层石英外延生长室1的上、下端侧面设有出、进水管，顶部中心处接有进气管。

样品交接室5的一侧端口为进样门，另一侧端口接有抽气管。

下面再进一步对各个部分的结构及作用作以下描述。

石英外延生长室1是一高真空腔室，在此进行碳化硅(SiC)外延材料的生长。如图2所示，石英外延生长室1由直径不同的两个同轴心石英管组成，上下两端分别与两个不锈钢法兰盘密封连接，其中外石英管是水密封，内石英管是气密封。冷却水由位于下法兰盘上的进水口14进入两石英管的中间空间，由上出水口15流出，流动方向是自下而上。生长室1的底端接口与插板隔断阀7连接。反应气体的进气口16位于生长室顶部法兰盘的中心位置，外延生长碳化硅(SiC)材料时，反应气体在内石英管中的流动方向是自上而下。为了使反应气体进入内石英管后尽快达到平稳流动状态，在上法兰盘的内部安装了气体缓冲分散器12，其结构如图3所示，图中，(a)是多孔气体缓冲分散板，(b)是带缺口的支撑环。气体缓冲分散器12有两部分组成，即一个不锈钢的气体缓冲分散板121和一个带缺口124的不锈钢圆环123，用带缺口的圆环123将气体缓冲分散板121由下方固定在生长室1的上法兰盘内。不锈钢气体缓冲分散板121上有许多小孔122，呈现中心对称分布；在气体缓冲分散板121的中间部位没有小孔，该部位位于进气口16的正下方。由于进气管道的直径很小，当反应气体进入石英生长室1后，因与石英管的直径相差太大，气体会出现强烈的湍流现象。当安装上气体缓冲分散器12后，气体冲击到不锈钢气体缓冲分散板121中间无孔的部位上，然后通过不锈钢气体缓冲分散板121上的小孔122均匀进入石英管外延生长室1内。

样品传递与支撑装置2的结构如图4所示，它是用来传递样品或衬底的，它由传递杆21、磁套25、传递杆真空外套26、带碳化硅涂层的小石墨棒22、小石英管支架23和小石英管支架固定器24构成。传递杆21与磁套25动连接，可以是传递杆21下部螺杆与磁套25内腔壁罗纹相配，转动磁套25可以带动传递杆21上下移动，如生长前将衬底移动到生长室1内，生长结束后将样品送回交接室5，从而达到实现传递样品或衬底的目的。磁套25与外设电机动连接。传递杆真空外套26套于磁套25外周面，其上端设有法兰圈27，可与位于它上面的波纹管调节器4的下端口法兰圈密封连接。带碳化硅涂层的小石墨棒22、小石英管支架23、垂直传递杆21和小石英管支架固定器24的结构分别示于图5、图6、图7和图8中。图5是带碳化硅涂层的小石墨棒22的结构示意图，它的上端是一个圆锥台223，圆锥台223是用来稳定支撑石墨感应加热器3的，它的中段221是一个圆柱体，它的下端222也是一个圆柱体，下端222的直径比中段221的直径小，下端222与图6中的小石英管支架23的内经相当，并可将小石墨棒22的下端222放置在小石英管支架23内。石英管支架23的下端插在图7所示的传递杆21上端的阶梯轴杆211上，它们之间形成间隙配合。小石墨棒22通过石英管支架23间接与传递杆21连接，目的是利用石英的低热导率特性，减小通过垂直传递杆的热传导，因而减小热量损失。为了更好的固定小石英管支架23，在传递杆21上端面安装了一个小石英管支架固定器24，其结构如图8所示，其中，(a)是侧视图，(b)是俯视图。小石英管支架固定器24为圆筒状，圆筒状内径242与小石英管支架23的外径适配，圆筒状下端口侧外缘有一圈水平突起，突起的外径与垂直传递杆21的外径适配，在水平突起的平面上设有复数个固定孔241，通过固紧装置与传递杆21固接。小石英管支架固定器24的筒内壁与阶梯轴杆211的间隙，与小石英管支架23的筒壁厚相适配。石墨棒22、石英管支架23、垂直传递杆21、阶梯轴杆211和小石英管支架固定器24的具体安装位置参见图1。传递杆21、小石墨棒22、小石英管支架23和小石英管支架固定器24被密封在本发明装置构成的真空室内。

图9是本发明样品交接室5的结构示意图，装载衬底和交接样品在这里完成。样品交接室5为十字形圆筒状，有四个带法兰圈的端口，其上端口53与插板隔断阀7密封相连，下端口54与波纹管调节器4密封连接；两侧端口，一为进样门52，一为抽气口55。

图10是波纹管调节器4的结构示意图。其中，(a)是侧视图，(b)是俯视图。利用波纹管一定的扭曲量，通过调节等角分布的三根支柱42来实现调节功能，以达到调节感应加热器3位置的目的。波纹管调节器4的上端口41与样品交接室5的下端口54密封连接，下端口46与传递与支撑装置2上的端口法兰圈27连接。

图11是有碳化硅涂层的圆形石墨感应加热器3的结构示意图，其中，(a)是俯视图，(b)是侧视剖面图。石墨感应加热器3为一圆柱形块体，是用高纯石墨制成，由于石墨质地松软，体内常常含有杂质和微孔，为了防止污染，在周围表面覆盖了一层厚度约1毫米的碳化硅材料。它的上端面有一个深0.5毫米的凹槽31，用来放置碳化硅(SiC)衬底材料，如硅(Si)晶圆片等。它的下端面中心部有一个圆锥台凹槽32，它与图5所示的小石墨棒22的上端面的圆锥凸台223形成紧密配合。

图12是铜螺旋管加热线圈6的结构示意图。铜螺旋管加热线圈6是由中空的铜管制成。铜管的两端分别与高频感应加热电源的两个次级线圈输出端相连。加热时，铜管内通自来水冷却，它置于水冷双层石英管生长室1的外侧中间位置，并与石英管生长室1有一定的间隙。

本发明的工艺流程：

(1)对衬底材料进行化学清洗；

(2)衬底准备工作结束后，用电机带动旋转瓷套25将石墨感应加热器3置于样品交接室5内，打开样品交接室5的进样门52，将衬底材料放置在石墨感应加热器3的样品槽31内，关闭进样门52；用机械泵和分子泵由抽气口55将交接室5抽至真空，对衬底材料进行必要的除气、去湿工作；

(3)当真空度达到要求后，打开插板隔断阀7的阀门，用电机带动旋转瓷套25将装有衬底的石墨感应加热器3送至样品生长室1；

(4)按照碳化硅(SiC)的生长技术要求，选择合适的生长温度、压力，由进气口16通入所要求的反应气体和载气，根据碳化硅(SiC)外延生长步骤进行碳化硅(SiC)的外延生长工作；

(5)碳化硅(SiC)外延生长工作结束后，用电机带动反向旋转瓷套25，通过传递杆21将石墨感应加热器3和其中生长的碳化硅(SiC)样品退回至样品交接室5，关闭插板隔断阀7阀门，使生长室1保持真空状态；

(6)将样品交接室5充氮气(N₂)至大气压力后，打开进样门52，取出样品；

(7)不工作时，关闭样品交接室5，打开插板隔断阀7阀门，继续由抽气口55抽气，使整个系统维持在真空状态。

本发明公布了一种竖直式高温大功率碳化硅(SiC)外延材料制造装置。该发明为一高真空系统，即可以在低压力下工作，也可以在常压下工作。本发明所采用的技术措施是：采用轴中心对称的竖直式结构；因碳化硅的外延生长温度较高(最高可达1650℃)，为避免不必要的杂质污染，铜螺旋管加热器置于石英管生长室的外侧，即大气中；在进气口处安装气体缓冲分散器，减小因进气管道直径与石英管生长室直径相差太大而引起的强烈湍流现象，并在生长室内形成平稳流动气体；采用进样室与生长室隔离的技术方案；采用了波纹管调节器，从技术上保证了石墨感应加热器处于生长室的轴中心位置。本发明的特点是采用了竖直结构的水冷双层石英生长室，具有轴对称性，易于控制气流状态，加热效率高，不发生辉光现象；可扩展性强，通过增大石英管的直径，可以外延生长尺寸更大或小尺寸多片的碳化硅(SiC)外延材料，更具有经济性。

Claims (11)

1、一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，包括双层石英外延生长室、样品交接室、样品传递与支撑装置、波纹管调节器、插板隔断阀，其中，样品传递与支撑架垂直设置，其上套设有波纹管调节器，样品传递与支撑架的下部通过法兰圈与波纹管调节器的下端口固接；波纹管调节器的上方又套设有样品交接室，波纹管调节器的上端口与样品交接室的下端口固接；样品交接室的上方又套设有插板隔断阀，样品交接室的上端口与插板隔断阀的下端口固接；插板隔断阀的上方再套设有双层石英外延生长室，插板隔断阀的上端口与双层石英外延生长室的下端口固接；样品传递与支撑架的上部位于双层石英外延生长室的容腔内，样品传递与支撑架的顶端位于双层石英外延生长室的容腔中心处；双层石英外延生长室内有石墨感应加热器，石墨感应加热器水平设置，其下表面中心与样品传递与支撑架的顶端相接；双层石英外延生长室外周圆中部围有一铜螺旋管加热线圈，铜螺旋管加热线圈与生长室外壁之间有一定间隙；其特征在于：双层石英外延生长室、插板隔断阀、样品交接室、波纹管调节器、以及样品传递与支撑架上下依次连接在一条垂直轴线上；样品传递与支撑架位于共同垂直轴线上。

2、根据权利要求1所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述的样品传递与支撑架，包括传递杆、磁套、传递杆真空外套、带碳化硅涂层的小石墨棒、小石英管支架和小石英管支架固定器，其中，传递杆与磁套动连接，传递杆真空外套套于磁套外周面，其上端设有法兰圈，可与位于它上面的波纹管调节器的下端口法兰圈密封连接；带碳化硅涂层的小石墨棒的上端是一个圆锥台，圆锥台与石墨感应加热器连接，它的中段是一个圆柱体，它的下端也是一个圆柱体，下端圆柱体的直径比中段圆柱体的直径小，下端圆柱体插入圆筒状小石英管支架的上端内筒内；小石英管支架的下端内筒套于传递杆上端的阶梯轴杆上，下端外侧面插入传递杆上端面的小石英管支架固定器，它们之间形成间隙配合；磁套与外设电机动连接；传递杆、小石墨棒、小石英管支架和小石英管支架固定器被密封在装置构成的真空室内。

3、根据权利要求1所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述双层石英外延生长室，由直径不同的两个同轴心石英管组成，上端以法兰盘密封，下端以法兰圈与插板隔断阀密封连接；下端法兰圈侧面设有进水管，上端法兰盘侧面设有出水管，进水管、出水管与两个同轴心石英管构成的夹层空间相通；上端法兰盘的中心位置设有进气管，上端法兰盘的内腔设有气体缓冲分散器。

4、根据权利要求3所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述气体缓冲分散器，由两部分组成，一个气体缓冲分散板和一个带缺口的圆环，用带缺口的圆环将气体缓冲分散板由下方固定在生长室的上端法兰盘内；气体缓冲分散板上有许多小孔，呈中心对称分布，中间部分，位于进气口的正下方没有小孔。

5、根据权利要求1所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述样品交接室，为十字形圆筒状，有四个带法兰圈的端口，其上端口与插板隔断阀密封相连，下端口与波纹管调节器密封连接；两侧端口，其一侧端口为进样门，另一侧端口接有抽气管。

6、根据权利要求1所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述波纹管调节器，其上、下端口的法兰圈水平延伸有复数个支脚，支脚均匀分布，上设有孔，孔内固连有支柱；调节支柱两端固紧装置，以改变上、下端口法兰圈的相对距离，来调节石墨感应加热器在石英管生长室中的位置。

7、根据权利要求3或4所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述双层石英外延生长室的水冷结构，冷却水是自下而上流动，反应气体自上而下流动；在进气口安装有气体缓冲分散器，消除了反应气体的强湍流现象，并在外延生长室内形成平稳流动气体。

8、根据权利要求1所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述石墨感应加热器，为一圆柱形块体，其上端面有一凹槽，用来放置碳化硅衬底材料，下端面中心部有一个圆锥台凹槽，圆锥台凹槽与小石墨棒上端面的圆锥凸台形成紧密配合。

9、根据权利要求2所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述小石英管支架固定器，为圆筒状，圆筒状内径与小石英管支架的外径适配，圆筒状下端口侧外缘有一圈水平突起，突起的外径与垂直传递杆的外径适配，在水平突起的平面上设有复数个固定孔，通过固紧装置与传递杆固接；小石英管支架固定器的筒内壁与阶梯轴杆的间隙，与小石英管支架的筒壁厚相适配。

10、根据权利要求2所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置，其特征在于：所述传递杆与磁套动连接，是磁套在电机驱动下，通过连动装置使传递杆伸长或缩短，而将传递杆上小石墨棒上端的石墨感应加热器送入双层石英外延生长室或退回样品交接室。

11、根据权利要求1所述的一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置的用途，其特征在于：还适用于多晶、非晶碳化硅薄膜材料的生长；采用不同的生长气体，还可以生长的外延材料有氮化铝、氮化镓、氧化锌；采用不同的衬底材料，还适用于其它衬底上的碳化硅异质外延生长。

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