CN204417640U - 提高晶体生长速度的坩埚及晶体生长装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种提高晶体生长速度的坩埚及晶体生长装置，所述坩埚为石墨坩埚，所述坩埚上部靠近晶体处的外径小于下部的外径，并在该部分设置一圈石墨毡，使得坩埚上下两部分整体外径相同。本实用新型通过对现有坩埚减少其上部外径(切除一定尺寸圆环柱)，该处填入石墨毡的结构改进，实现降低籽晶处温度、提高温度梯度的目的，由于温度梯度的提高，进而加快了晶体的生长速度，而且易于操作，节省成本。
Description
技术领域
本实用新型属于碳化硅晶体生长技术领域，尤其涉及一种提高晶体生长速度的坩埚及晶体生长装置。
背景技术
作为第三代半导体材料，碳化硅具有非常优异的物理、化学性能，这就决定了碳化硅在高端光电、大功率、微波射频等领域具有广阔的应用前景和市场空间。
物理气相传输法是目前国际上生长碳化硅晶体最为成熟的方法。碳化硅晶体生长的基本原理如下：将碳化硅原料及碳化硅籽晶放入高纯石墨坩埚中，其中碳化硅原料处于高温区(2200-2400℃)，碳化硅籽晶处于相对低温处(2000-2300℃)，当达到设定温度后，高温处的碳化硅原料分解，以气态形式向籽晶处传输，并在籽晶上形核、长大，最终形成碳化硅晶体。实际上，原料同籽晶间的温度差异(即温度梯度)是晶体生长的驱动力，如可将温度梯度人为拉大，则晶体生长速度也将增大。
现在提高晶体生长速度的方法多为：在碳化硅原料中加入硅粉或通入硅烷，但易于在晶体中引入硅夹杂物，且增大了晶体生长的调节参数；降低晶体生长气压，提高原料的输运能力，但可能增大晶体中的碳包裹物杂质。
如何通过改进晶体生长装置来提高晶体生长速度成为本领域技术人员研究的课题。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是提供一种提高晶体生长速度的坩埚。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案：一种提高晶体生长速度的坩埚，所述坩埚为石墨坩埚，所述坩埚上部靠近晶体处的外径小于下部的 外径，并在坩埚上部靠近晶体处的外壁设置一圈石墨毡，使得坩埚上下两部分整体外径相同。
所述石墨毡的高度为10到100mm。
所述石墨毡的厚度为3到25mm。
一种晶体生长装置，包括石墨坩埚和套设于所述石墨坩埚外的发热筒，所述坩埚采用上述的坩埚。
本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型通过对现有坩埚减少其上部外径(切除一定尺寸圆环柱)，该处填入石墨毡的结构改进，实现降低籽晶处温度、提高温度梯度的目的，由于温度梯度的提高，进而加快了晶体的生长速度，而且易于操作，节省成本。
附图说明
图1是本实用新型与发热筒配合生长晶体的结构原理图；
图中：1-发热筒，2-坩埚，3-石墨毡，4-碳化硅原料，5-籽晶。
具体实施方式
现根据附图对本实用新型进行较详细的说明，如图1所示，一种提高晶体生长速度的坩埚，所述坩埚2为石墨坩埚2，所述坩埚2上部靠近晶体处的外径小于下部的外径，并在坩埚上部靠近晶体处的外壁设置一圈石墨毡3，使得坩埚2上下两部分整体外径相同。
所述石墨毡3的高度为10到100mm。
所述石墨毡3的厚度为3到25mm。
一种晶体生长装置，包括石墨坩埚2和套设于所述石墨坩埚2外的发热筒1，所述坩埚2采用上述的坩埚2。
工作原理：
本实用新型是通过设计特殊结构的晶体生长用坩埚，来直接达到提高坩埚内晶体生长体系温度梯度的目的，进而获得更快的单位时间碳化硅晶体生 长速度。该方法通过简单的修正坩埚构型，即可实现提高晶体生长速度所需的更大温度梯度的目的。与常用坩埚相比，在晶体生长过程中，在保持籽晶温度不变的情况下，碳化硅原料区可具备更高的温度，进而提高碳化硅原料分解、传输的碳基、硅基物质的量，达到加快晶体生长速度的目的。该结构可提高晶体生长速度，而且易于操作，节省成本。
使用本实验新型设计的坩埚，在晶体生长时，可在保持籽晶温度不变的情况下，提高原料区的温度(相比传统坩埚)，这样提高了晶体生长体系内的温度梯度，也实现晶体生长速度的提升。
现有技术中，在晶体生长过程中，原料及石墨坩埚下部温度相对籽晶及坩埚上部温度要高，这是形成温度梯度的必要要求，而籽晶处的温度，主要来源于石墨坩埚壁导热、辐射和碳化硅原料表面的热辐射。为达到高质量晶体生长需要的必要温度，此处针对性的对调制石墨坩埚导热、热辐射进行设计，进而实现降低籽晶处温度、提高温度梯度的目的。
针对碳化硅晶体生长用传统石墨坩埚，本设计其特点在于：减少其上部外径(切除一定尺寸圆环柱)，在晶体生长时在该处填入石墨毡。因为在高温下石墨毡的热导率要远小于石墨热导率，因此插入的石墨毡可启到极佳隔热作用，这样既可实现显著阻止坩埚下部石墨体向上部石墨体导热、隔绝发热筒对坩埚上侧导热；同时，由于坩埚上部石墨体温度降低，也实现了减少对晶体处的热辐射。
下面以两组实验对本实用新型的效果加以说明：
实验1.
使用传统晶体生长坩埚进行生长。采用中频感应晶体生长炉进行晶体生长实验，设定测试点温度为2100℃,炉体内气压为1500Pa(Ar气)，生长时间为50小时。获得碳化硅晶体生长速度为2.3克每小时。
实验2.
将坩埚上部切除厚17mm,高50mm的圆柱环，如图1所示，后在切除区填入石墨毡。采用中频感应晶体生长炉进行晶体生长，为实现实验对比，设定测试点温度为2100℃,炉体内气压为1500Pa(Ar气)，生长时间为50小时。获得晶体生长速度3.5克每小时，相对传统晶体生长速度直接提高50％以上。
本实用新型通过对碳化硅晶体生长坩埚进行结构设计，实现对晶体生长所需温度梯度的调整，进而明显提高晶体生长速度。设计思路明确，实现单位时间晶体生长速度提高50％以上，易于操作并进行产业化生产，显著降低了生产成本。
本实用新型不仅可以用于碳化硅晶体生长，也适用于其他PVT法生长的晶体材料，如氮化铝等。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.一种提高晶体生长速度的坩埚，所述坩埚为石墨坩埚，其特征在于:所述坩埚上部靠近晶体处的外径小于下部的外径，并在坩埚上部靠近晶体处的外壁设置一圈石墨毡，使得坩埚上下两部分整体外径相同。
2.根据权利要求1所述的提高晶体生长速度的坩埚，其特征在于：所述石墨毡的高度为10到100mm。
3.根据权利要求1或2所述的提高晶体生长速度的坩埚，其特征在于：所述石墨毡的厚度为3-25mm。
4.一种晶体生长装置，包括石墨坩埚和套设于所述石墨坩埚外的发热筒，其特征在于：所述坩埚采用权利要求1-3任一项所述的坩埚。
Priority Applications (1)
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| CN201420784405.4U CN204417640U (zh) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | 提高晶体生长速度的坩埚及晶体生长装置 |
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| CN201420784405.4U CN204417640U (zh) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | 提高晶体生长速度的坩埚及晶体生长装置 |
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|---|---|
| CN204417640U true CN204417640U (zh) | 2015-06-24 |
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| CN201420784405.4U Active CN204417640U (zh) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | 提高晶体生长速度的坩埚及晶体生长装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN204417640U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2014
- 2014-12-11 CN CN201420784405.4U patent/CN204417640U/zh active Active
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20201207 Granted publication date: 20150624 Pledgee: Chinese for key construction fund Ltd. Pledgor: HEBEI TONGGUANG CRYSTAL Co.,Ltd. Registration number: 2016990000669 |
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