CN204570081U - 一种用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，属于单晶生长领域。一种用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，包括生长室，其特征是：所述生长室采用下开盖方式，生长室的外部设置可上下移动的感应加热器，所述生长室的下部连接有大气隔离室，大气隔离室上设置有操作窗口，大气隔离室的一侧连接有过渡室，所述过渡室内设有去除杂质的加热装置，所述气隔离室、过渡室和生长室上均设有保持内部环境处于保护气体状态或真空状态的机构，大气隔离室的下部还设有吸尘器接口。本实用新型用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，该装置能有效去除杂质，优化碳化硅生长环境，并且能够完成原位退火，有利于大尺寸碳化硅单晶生长。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，属于单晶生长领域。
背景技术：
半绝缘SiC单晶抛光片是现阶段制备宽禁带固态微波器件的最佳衬底，此外对于功率器件、深亚微米器件也具有非常重要的作用。更重要的是，无论从电特性还是导热特性来讲，半绝缘SiC都是在光电和微波功率器件中具有重大应用前景的另一种宽禁带半导体材料。
研究人员通常在SiC晶体中引入深能级杂质钒，以形成深补偿能级，位于禁带中央附近，能够起到很好地束缚载流子的作用，目前只有掺钒的碳化硅表现出高阻特性；但是，钒掺杂的碳化硅也有一些问题：钒在SiC中溶解度很低，易于形成沉淀物，会导致微管等缺陷的形成，严重影响晶体质量，更重要的是，掺钒碳化硅衬底中的深俘获中心影响高频大功率器件的功率输出，因此制备高纯半绝缘碳化硅单晶成为目前研究的热点。高纯半绝缘单晶生长技术的关键是去除晶体中的B、N这两种杂质，B是与石墨共生的杂质，而石墨坩埚、保温材料、SiC源料都会吸附N，因此去除这两种杂质有一定的困难。文献资料显示，晶体生长过程中所不希望的N绝大多数来自装置及原料本身，研究人员曾经试图通过使用高纯源料和不具有高氮含量的极纯设备组件来最小化高温生长过程中所释放的N2，但是此种方法难度极大。研究人员也试图在晶体生长过程中通入H2，通过调节硅碳比来阻止N元素进入晶体，但是单纯的使用通入H2的方法并不能使晶体中的N含量降低到高纯半绝缘SiC所要求的含量。
为了克服上述制备工艺存在的不足，需要发明一种用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，减少甚至杜绝坩埚及保温材料的吸附N等杂质。
发明内容：
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种效果好的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，包括生长室，其特征是：所述生长室采用下开盖方式，生长室的外部设置可上下移动的感应加热器，所述生长室的下部连接有大气隔离室，大气隔离室上设置有操作窗口，大气隔离室的一侧连接有过渡室，所述过渡室内设有去除杂质的加热装置，所述气隔离室、过渡室和生长室上均设有保持内部环境处于保护气体状态或真空状态的机构，大气隔离室的下部还设有吸尘器接口。
本实用新型的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，主要由大气隔离室、生长室、过渡室构成，将生长室设置成下开盖方式，活动连接在大气隔离室上，在大气隔离室上设置有操作窗口，大气隔离室的一侧连接有过渡室，在过渡室内设有去除杂质的加热装置，大气隔离室和过渡室上均设有保持内部环境处于保护气体状态或真空状态的机构，在过渡室中，安装有加热装置，可以对坩埚进行加热，使吸附水等杂质逸出，提高SiC的纯度。
为制作方便并实现原位退火，将感应加热器设置成可移动的，所述感应加热器为电感线圈；所述感应线圈通过滑块设置在生长室两侧的支架上，感应线圈可以随滑块进行上下移动；为便于优化内部生长环境，在生长室的上下两端分别设有上、下密封法兰，同时在过渡室的左右两侧分别设有左、右密封法兰，即所述机构除包括设置在生长室和过渡室的两端进出物料处的密封法兰，还包括抽真空装置，所述抽真空装置包括设置在各自空间壁上的进气口接口、出气口接口和压力控制器，可以维持过渡室内处于一定压力的惰性气体环境，且可以将逸出的吸附水等杂质带走；为便于实现生长室下开盖方式，所述生长室下端的密封法兰为可拆卸式的，为优化碳化硅生长环境，保证生长室的密闭性，保证内部空间气体为真空或惰性气体，该密封法兰和上部连接部分之间还设有密封垫；所述生长室由上密封法兰、石英管、下密封法兰构成，所述石英管为中间存在一个空腔的双层结构，并在石英管的外壁上设有通向空腔的进出冷却水的水接口，生长室采用水冷壁，内壁只接触保护气体；所述大气隔离室的内部设置有滚珠丝杠，滚珠丝杠与生长室下部的密封法兰连接，生长室就能在滚珠丝杠的带动下上下移动，便于将坩埚及保温材料放入生长室；所述保护气体为氩气、氦气、氢气种的任意一种或任意几种的混合物；所述过渡室的加热装置为红外加热器或电阻加热器；所述大气隔离室的外部操作窗口处安装至少两副操作手套。
本实用新型用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，该装置能有效去除杂质，优化碳化硅生长环境，并且能够完成原位退火，有利于大尺寸碳化硅单晶生长。
附图说明
图1是本实用新型的主视图；
图2为图1的俯视图；
图中，1、大气隔离室，2、出气口接口I，3、支架，4、滑块，5、感应线圈，6、双层石英管，7、上密封法兰，8、出气口接口II，9、生长室，10、密封垫，11、进气口接口Ⅲ，12、下密封法兰，13、出气口接口Ⅳ，14、加热装置，15、过渡室，16、右密封法兰，17、托盘，18、进气口接口Ⅴ，19、左密封法兰，20、进气口接口Ⅵ，21、滚珠丝杠，22、吸尘器接口。
具体实施方式：
附图为本实用新型的一种具体实施例，该实施例包括大气隔离室1、生长室9、过渡室15，过渡室15两侧装有右密封法兰16和左密封法兰19，分别可以将过渡室15与大气隔离室1分隔开，在过渡室15中，安装有红外加热器，可以对坩埚进行加热，使吸附水等杂质逸出；在过渡室15中，有进气口接口Ⅴ18与出气口接口Ⅳ13，并且安装压力控制器，可以维持过渡室15内处于一定压力的惰性气体环境，且可以将逸出的吸附水等杂质带走，把坩埚保温材料及碳化硅放在滑动的托盘17，然后放在过渡室15中，可以将坩埚由过渡室15转移到大气隔离室1内，在大气隔离室1前后都安装操作手套，可由两名操作人员进行配合操作，且前后分布减小了大气隔离室1的体积；大气隔离室1中，有进气口接口Ⅵ20与出气口接口I 2，并且安装压力控制器，可以维持隔离室内处于一定压力的惰性气体环境；大气隔离室1内安装吸尘器接口22，可以对隔离室内进行清洁；大气隔离室1与生长室9由下密封法兰12进行分隔，下密封法兰12可以随滚珠丝杠21上下移动；生长室9由上密封法兰7、双层石英管6、密封垫10、下密封法兰12构成，其中下密封法兰12上安装有进气口接口Ⅲ11，上密封法兰7上安装有出气口接口II8，双层石英管6为中间存在一个空腔的双层结构，其外壁上设有通向空腔的进出冷却水的水接口，使用感应线圈5对坩埚进行加热；感应线圈5可以随滑块4进行上下移动。
在生长前，将坩埚通过滑动托盘17放入过渡室15内，关好右密封法兰16，首先通过出气口接口Ⅳ13进行抽真空，然后开始加热，并且通过进气口接口Ⅴ18通入惰性气体，控制压力；同时，通过滚珠丝杠21将下密封法兰12放下，除水完成后，打开左密封法兰19，将坩埚及保温材料放在下密封法兰12上；下密封法兰12上升，将保温及坩埚带入生长室内，且完成密封；调节感应线圈5到达生长需要位置，开始进行生长；生长完成后，逆推上述装炉过程，完成开炉。
在整个操作过程中，大气隔离室1与生长室9中一直充满保护气体。
生长完成后，移动感应线圈5，可以进行原位退火。
本实施例中的其他部分采用已知技术，在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，包括生长室(9)，其特征是：所述生长室(9)采用下开盖方式，生长室(9)的外部设置可上下移动的感应加热器，所述生长室(9)的下部连接有大气隔离室(1)，大气隔离室(1)上设置有操作窗口，大气隔离室(1)的一侧连接有过渡室(15)，所述过渡室(15)内设有去除杂质的加热装置，所述大气隔离室、过渡室和生长室上均设有保持内部环境处于保护气体状态或真空状态的机构，大气隔离室(1)的下部还设有吸尘器接口(22)。
2.根据权利要求1所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述感应加热器为电感线圈(5)。
3.根据权利要求2所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述感应线圈(5)通过滑块(4)设置在生长室两侧的支架上。
4.根据权利要求1所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述机构除包括设置在生长室(9)和过渡室(15)的两端进出物料处的密封法兰，还包括抽真空装置，所述抽真空装置包括设置在各自空间壁上的进气口接口、出气口接口和压力控制器。
5.根据权利要求4所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述生长室下端的密封法兰为可拆卸式的，该密封法兰和上部连接部分之间还设有密封垫。
6.根据权利要求4所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述生长室(9)由上密封法兰(7)、石英管、下密封法兰(12)构成，所述石英管为中间存在一个空腔的双层结构，并在石英管的外壁上设有通向空腔的进出冷却水的水接口。
7.根据权利要求6所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述大气隔离室的内部设置有滚珠丝杠(21)，滚珠丝杠(21)与生长室(9)下部的下密封法兰(12)连接。
8.根据权利要求1所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述保护气体为氩气、氦气、氢气种的任意一种或任意几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述过渡室的加热装置(14)为红外加热器或电阻加热器。
10.根据权利要求1所述的用于生长大尺寸高纯碳化硅单晶的装置，其特征是：所述大气隔离室(1)的外部操作窗口处安装至少两副操作手套。
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Denomination of utility model: Device for high-purity carborundum single crystal of jumbo size that is used for growing Effective date of registration: 20190619 Granted publication date: 20150819 Pledgee: China Everbright Bank Ji'nan branch Pledgor: Shandong Tianyue Advanced Material Technology Co., Ltd. Registration number: 2019370000132 |
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Date of cancellation: 20200902 Granted publication date: 20150819 Pledgee: China Everbright Bank Ji'nan branch Pledgor: Shandong Tianyue Advanced Materials Technology Co.,Ltd. Registration number: 2019370000132 |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No.99, Tianyue South Road, Huaiyin District, Jinan City, Shandong Province Patentee after: Shandong Tianyue advanced technology Co., Ltd Address before: 250101 3-409, Yinhe building, 2008 Xinluo street, Lixia District, Jinan City, Shandong Province Patentee before: Shandong Tianyue Advanced Materials Technology Co.,Ltd. |