CN206052207U - 一种分段式籽晶轴装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分段式籽晶轴装置，属于新材料制造领域。其包括顺次可拆卸连接的运动连接部、阻热部和石墨台，所述阻热部的两端为外螺纹结构，与所述阻热部连接的运动连接部和石墨台为内螺纹结构，所述石墨台的另一端连接有籽晶，所述的阻热部为热导率小于石墨热导率且不与硅蒸汽发生反应的阻热材料，所述阻热材料可以为石墨纤维(保温材料)、不同热导率的石墨、不锈钢、大理石等，所述的籽晶可以为方形、圆形或多边形等，所述的石墨台的形状与所述籽晶的形状相同，且尺寸不小于籽晶尺寸，所述石墨台厚度为1mm‑10cm，所述的阻热部径向尺寸不大于运动连接部和石墨台的径向尺寸。

Description

一种分段式籽晶轴装置

技术领域

本实用新型涉及一种分段式籽晶轴装置，属于新材料制造设备技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶具有宽禁带、高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优点，是继第一代半导体材料硅(Si)和第二代半导体材料(GaAs)后发展起来的第三代半导体材料。SiC单晶禁带宽度是硅的3倍，热导率是硅的3.3倍，击穿场强是硅的13倍，饱和电子漂移速率是硅的2.7倍。所以与硅单晶相比，SiC单晶优异的性能更能满足现代电子技术对高温、高压、高频、高功率以及抗辐射的新要求。

SiC单晶宽禁带性能可使器件在高温、高辐射环境下工作，适用于激光武器、航空航天等领域的应用；高临界击穿场强可用于大功率的输出；高饱和电子漂移速率适用于高频操作，适用于制造高频微波器件，可用于雷达、广播通信等领域；而高热导率的优点使大功率器件具有更大的抗高温能力。

目前国际上已经开始研发取代升华法的生长方法，来解决生长高质量、大尺寸SiC单晶的瓶颈问题，如液相法(LPE)、高温气相沉积法(HTCVD)等。其中液相法是目前发展最为成熟的一种方法，由于生长过程处于稳定的液相中，是一种近平衡的状态，具有先天生长高质量SiC单晶的优势。

现有的液相法生长碳化硅晶体，都是通过加热(感应或者电阻式)将硅在高纯石墨坩埚中融化，形成碳在硅中的溶液，再通过头部贴付有籽晶的石墨轴伸入到溶液中去。石墨坩埚为开放式设计，外围包裹有保温材料。在坩埚的顶部，有一定大小的开孔，便于籽晶轴从坩埚上方伸入到坩埚中的溶液中，开孔的大小由所生长的晶体决定。生长晶体的尺寸越大，所用的坩埚尺寸越大，开孔的直径也越大。由于有顶部开孔的存在，坩埚特别是溶液中的热量，会大量的散失，导致形成一个很大的轴向温度梯度。随着生长晶体尺寸的增加，石墨轴本身也会带走一定的热量，再通过顶部开孔热量散失，整个生长腔室中会形成一个越来越大的轴向温度梯度，导致生长晶体速度很快，伴随着杂晶生长，造成晶体质量不可控制。因此如何控制生长过程中过大的轴向温度梯度，是解决大尺寸晶体生长的关键。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种分段式籽晶轴装置，通过本方案的设计，三段式的籽晶轴中间有阻热材料，这样热量不会通过籽晶轴进行散失，晶体可以在溶液形成的稳定的温度梯度下进行生长。此时的热量散失主要是通过溶液表面的气体带走的，轴向温度梯度可控。同时在籽晶轴的第二段变为阻热材质，还可以一定程度上降低整个溶液中的径向温度梯度，使生长的晶体，应力小，从而提高晶体生长质量。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种分段式籽晶轴装置，其特征在于：包括顺次可拆卸连接的运动连接部、阻热部和石墨台，所述阻热部的两端为外螺纹结构，与所述阻热部连接的运动连接部和石墨台为内螺纹结构，所述石墨台的另一端连接有籽晶。

所述的阻热部为热导率小于石墨热导率且不与硅蒸汽发生反应的阻热材料，所述阻热材料可以为石墨纤维(保温材料)、不同热导率的石墨、不锈钢、大理石等。

所述的籽晶可以为方形、圆形或多边形等。

所述的石墨台的形状与所述籽晶的形状相同，且尺寸不小于籽晶尺寸，所述石墨台厚度为1mm-10cm。

所述的阻热部径向尺寸不大于运动连接部和石墨台的径向尺寸。

本实用新型结构简单，使用方便，可以保证晶体在溶液形成的稳定的温度梯度下进行生长，还可以一定程度上降低整个溶液中的径向温度梯度，使生长的晶体，应力小，从而提高晶体生长质量。

附图说明

图1为具体实施方式中本实用新型的主视图；

其中，1、运动连接部，2、阻热部，3、石墨台，4、籽晶。

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例并结合附图对本实用新型作进一步的说明：

如附图所示，一种分段式籽晶轴装置，其特征在于：包括顺次可拆卸连接的运动连接部1、阻热部2和石墨台3，所述阻热部2的两端为外螺纹结构，与所述阻热部2连接的运动连接部1和石墨台3为内螺纹结构，所述石墨台的另一端连接有籽晶4。

所述的阻热部2为热导率小于石墨热导率且不与硅蒸汽发生反应的阻热材料，所述阻热材料可以为石墨纤维(保温材料)、不同热导率的石墨、不锈钢、大理石等。

所述的籽晶4可以为方形、圆形或多边形等。

所述的石墨台3的形状与所述籽晶4的形状相同，且尺寸不小于籽晶尺寸，所述石墨台厚度为1mm-10cm。

所述的阻热部2径向尺寸不大于运动连接部1和石墨台3的径向尺寸。

单晶炉的加热方式可以为电阻式加热，也可以为感应式加热。在真空炉中放入顶部开口的高纯石墨坩埚，石墨坩埚中放入高纯的多晶硅块体或粉体原料，纯度为6N-11N。石墨坩埚周围包围着保温材料。合成碳化硅单晶所需要的硅由高纯的多晶硅块体或者粉体来提供，所需要的碳由石墨坩埚来提供。生长腔室内通有惰性气体保护，如氦气或者氩气。

将籽晶轴的三段连结在一起，然后将籽晶与籽晶轴连结在一起。最后将组合好的籽晶轴和籽晶安装在长晶炉的提拉装置上。

通过加热器对石墨坩埚进行加热，融化坩埚中的高纯硅料。原料融化后，将籽晶轴降至溶液中，在合适的位置进行生长。生长结束后，将籽晶轴提出溶液，缓慢降温冷却，直至开炉。

通过这种方式，可以精确控制溶液中的温度梯度，可以保证在大的温度梯度下，不再增加额外的轴向温度梯度，保证晶体生长速度的同时，又保证晶体的质量。

Claims (5)

1.一种分段式籽晶轴装置，其特征在于：包括顺次可拆卸连接的运动连接部(1)、阻热部(2)和石墨台(3)，所述阻热部(2)的两端为外螺纹结构，与所述阻热部(2)连接的运动连接部(1)和石墨台(3)为内螺纹结构，所述石墨台的另一端连接有籽晶(4)。

2.根据权利要求1所述的分段式籽晶轴装置，其特征在于：所述的阻热部(2)为热导率小于石墨热导率且不与硅蒸汽发生反应的阻热材料，所述阻热材料可以为石墨纤维(保温材料)、不同热导率的石墨、不锈钢、大理石等。

3.根据权利要求1所述的分段式籽晶轴装置，其特征在于：所述的籽晶(4)可以为方形、圆形或多边形等。

4.根据权利要求1或3所述的分段式籽晶轴装置，其特征在于：所述的石墨台(3)的形状与所述籽晶(4)的形状相同，且尺寸不小于籽晶尺寸，所述石墨台厚度为1mm-10cm。

5.根据权利要求1所述的分段式籽晶轴装置，其特征在于：所述的阻热部(2)径向尺寸不大于运动连接部(1)和石墨台(3)的径向尺寸。