CN208618006U - 一种碳化硅单晶生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚，所述石墨坩埚的上端设置有石墨盖，石墨盖与石墨坩埚的上端接触连接；所述上部石墨软毡保温层的上端设置有承重圆环，承重圆环的外侧设置有卡块，卡块与外侧石墨软毡保温层的上端卡接固定。本碳化硅单晶生长装置在使用时，将承重圆环覆盖于上部石墨软毡保温层的上方，卡块与外侧石墨软毡保温层的上端卡接固定，让下部的石墨软毡均匀负重，不会再因压力与气流变化让覆盖于石墨坩埚上部的上部石墨软毡保温层发生扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置；整体不会再因压力与气流变化让覆盖于石墨坩埚上部的石墨软毡发生扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置，碳化硅单晶生长速率均匀，晶体质量高。

Description

一种碳化硅单晶生长装置

技术领域

本实用新型涉及碳化硅单晶生长的装置技术领域，具体为一种碳化硅单晶生长装置。

背景技术

碳化硅单晶材料属于第三代宽带隙半导体材料的代表，具有宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，将有望突破第一、二代半导体材料应用技术的发展瓶颈，主要应用在半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器以及其他等领域。目前碳化硅单晶生长以物理气相沉积法(PVT)为主要生长方式，其难度非常高，必须在2100℃以上温度与低压环境下将碳化硅粉末直接升华成气体，并沿着温度梯度从高温区传输到较低温度区域的籽晶处沉积结晶。

目前保温材料采用一层或多层的石墨软毡包覆于石墨坩埚四周，由于石墨软毡密度低、重量轻，在抽真空到低压状态的过程中，因为环境压力变化，以及在高温生长过程中，因为气流变化，有一定几率造成覆盖于石墨坩埚上部的石墨软毡扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置。当保温层位置发生变动产生空隙，这些空隙造成较多的热量散失，使得原先保温效果将被破坏而造成温度梯度不均匀，温度梯度不均匀导致生长速率不均匀，碳化硅气体无法均匀沉积在籽晶处，最终造成结晶晶体存在微管与位错等缺陷，影响了晶体质量，因此需要一种碳化硅单晶生长装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碳化硅单晶生长装置，具有不会再因压力与气流变化让覆盖于石墨坩埚上部的石墨软毡发生扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置，碳化硅单晶生长速率均匀，晶体质量高的优点，解决了现有技术中保温层位置发生变动产生空隙而造成较多的热量散失，使得原先保温效果将被破坏而造成温度梯度不均匀，温度梯度不均匀导致生长速率不均匀，碳化硅气体无法均匀沉积在籽晶处，最终造成结晶晶体存在微管与位错等缺陷，影响了晶体质量的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚，所述石墨坩埚的上端设置有石墨盖，石墨盖与石墨坩埚的上端接触连接；所述石墨盖的下端中央设置有籽晶片，籽晶片与石墨盖的下端粘合固定；所述石墨坩埚的外侧包裹有外侧石墨软毡保温层，石墨坩埚的底部包裹有底部石墨软毡保温层，石墨坩埚的上部包裹有上部石墨软毡保温层；所述上部石墨软毡保温层的中央开设有测温孔；所述上部石墨软毡保温层的上端设置有承重圆环，承重圆环的外侧设置有卡块，卡块与外侧石墨软毡保温层的上端卡接固定；所述石墨坩埚的最外层设置有感应线圈，感应线圈分布在石墨坩埚的外侧周围。

优选的，所述石墨坩埚和石墨盖的厚度均为5-20mm。

优选的，所述石墨坩埚内放置有纯度为5N-6N的碳化硅粉末。

优选的，所述外侧石墨软毡保温层、底部石墨软毡保温层和上部石墨软毡保温层的层数为1-4层，厚度为5-10mm。

优选的，所述测温孔的直径为10～30mm。

优选的，所述承重圆环为氧化铝和氧化锆材料混合制成的构件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本碳化硅单晶生长装置，石墨坩埚和石墨盖的厚度均为5-20mm，石墨坩埚内放置有纯度为5N-6N的碳化硅粉末，测温孔的直径为10～30mm，方便测量石墨坩埚上的温度，严格保证碳化硅粉末的加热温度达2100℃以上，达到碳化硅单晶生长生长条件；外侧石墨软毡保温层、底部石墨软毡保温层和上部石墨软毡保温层的层数为1-4层，厚度为5-10mm，可用于保温，防止内部热量散失，保证碳化硅粉末的加热温度达2100℃以上；将承重圆环覆盖于石墨坩埚上部的上部石墨软毡保温层上方，卡块与外侧石墨软毡保温层的上端卡接固定，让下部的石墨软毡均匀负重，不会再因压力与气流变化让覆盖于石墨坩埚上部的上部石墨软毡保温层发生扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置，承重圆环采用氧化铝Al₂O₃、氧化锆ZrO₂等耐高温陶瓷材质制造而成，质量在1～3kg范围内，一方面可以耐高温，一方面不会与感应线圈产生电磁感应效应而发热，防止石墨坩埚上部温度过高，使得碳化硅单晶生长速率均匀，生成的碳化硅晶体质量高；石墨坩埚内抽真空到压力5x10^-2mbar以下，充入氩气控制压力在1～50mbar环境之下，碳化硅粉末的加热温度达2100℃以上，沉积结晶时间为5～10天，完成生长结晶的碳化硅单晶的生长。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图。

图中：1、石墨坩埚；2、石墨盖；3、籽晶片；4、外侧石墨软毡保温层； 5、底部石墨软毡保温层；6、上部石墨软毡保温层；7、测温孔；8、承重圆环；9、卡块；10、感应线圈；11、碳化硅粉末。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

请参阅图1，一种碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚1，石墨坩埚1的上端设置有石墨盖2，石墨盖2与石墨坩埚1的上端接触连接；石墨盖2的下端中央设置有籽晶片3，籽晶片3与石墨盖2的下端粘合固定；石墨坩埚1的外侧包裹有外侧石墨软毡保温层4，石墨坩埚1的底部包裹有底部石墨软毡保温层5，石墨坩埚1的上部包裹有上部石墨软毡保温层6；上部石墨软毡保温层6的中央开设有测温孔7；上部石墨软毡保温层6的上端设置有承重圆环8，承重圆环8的外侧设置有卡块9，卡块9与外侧石墨软毡保温层4的上端卡接固定；石墨坩埚1的最外层设置有感应线圈10，感应线圈10分布在石墨坩埚 1的外侧周围；该碳化硅单晶生长装置在使用时，将承重圆环8覆盖于石墨坩埚1上部的上部石墨软毡保温层6上方，卡块9与外侧石墨软毡保温层4的上端卡接固定，让下部的石墨软毡均匀负重，不会再因压力与气流变化让覆盖于石墨坩埚1上部的上部石墨软毡保温层6发生扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置，承重圆环8为氧化铝和氧化锆材料混合制成的构件，一方面可以耐高温，一方面不会与感应线圈10产生电磁感应效应而发热，防止石墨坩埚 1上部温度过高，使得碳化硅单晶生长速率均匀，生成的碳化硅晶体质量高；石墨坩埚1内抽真空到压力5x10^-2mbar以下，充入氩气控制压力在1～50mbar 环境之下，碳化硅粉末11的加热温度达2100℃以上，碳化硅粉末13开始升华变成碳化硅气体，并沿着温度梯度从高温区传输到较低温度区域的籽晶片3沉积结晶，经过5～10天的沉积结晶时间，完成碳化硅单晶生长；石墨坩埚1 和石墨盖2的厚度均为5-20mm，石墨坩埚1内放置有纯度为5N-6N的碳化硅粉末11，测温孔7的直径为10～30mm，方便测量石墨坩埚1上的温度，严格保证碳化硅粉末11的加热温度达2100℃以上，达到碳化硅单晶生长生长条件；外侧石墨软毡保温层4、底部石墨软毡保温层5和上部石墨软毡保温层 6的层数为1-4层，厚度为5-10mm，可用于保温，防止内部热量散失，保证碳化硅粉末的加热温度达2100℃以上；整体不会再因压力与气流变化让覆盖于石墨坩埚上部的石墨软毡发生扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置，碳化硅单晶生长速率均匀，晶体质量高。

实施例二：

当石墨坩埚1内抽真空到压力5x10^-2mbar以下，初期抽气速率为50mbar/min，充入氩气控制压力在30mbar环境之下开始加热生长，在2100℃高温环境连续生长4天，在抽真空与高温状态下都未发现上部石墨软毡保温层6有扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置的情况出现。

实施例三：

当石墨坩埚1内抽真空到压力5x10^-2mbar以下,初期抽气速率为 80mbar/min，充入氩气控制压力在30mbar环境之下开始加热生长，在2100℃高温环境连续生长8天，在抽真空与高温状态下都未发现上部石墨软毡保温层6有扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置的情况出现。

综上所述：本碳化硅单晶生长装置在使用时，将承重圆环8覆盖于石墨坩埚1上部的上部石墨软毡保温层6上方，卡块9与外侧石墨软毡保温层4 的上端卡接固定，让下部的石墨软毡均匀负重，不会再因压力与气流变化让覆盖于石墨坩埚1上部的上部石墨软毡保温层6发生扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置，承重圆环8为氧化铝和氧化锆材料混合制成的构件，一方面可以耐高温，一方面不会与感应线圈10产生电磁感应效应而发热，防止石墨坩埚1上部温度过高，使得碳化硅单晶生长速率均匀，生成的碳化硅晶体质量高；石墨坩埚1内抽真空到压力5x10^-2mbar以下，充入氩气控制压力在 1～50mbar环境之下，碳化硅粉末11的加热温度达2100℃以上，碳化硅粉末 13开始升华变成碳化硅气体，并沿着温度梯度从高温区传输到较低温度区域的籽晶片3沉积结晶，经过5～10天的沉积结晶时间，完成碳化硅单晶生长；石墨坩埚1和石墨盖2的厚度均为5-20mm，石墨坩埚1内放置有纯度为5N-6N 的碳化硅粉末11，测温孔7的直径为10～30mm，方便测量石墨坩埚1上的温度，严格保证碳化硅粉末11的加热温度达2100℃以上，达到碳化硅单晶生长生长条件；外侧石墨软毡保温层4、底部石墨软毡保温层5和上部石墨软毡保温层6的层数为1-4层，厚度为5-10mm，可用于保温，防止内部热量散失，保证碳化硅粉末的加热温度达2100℃以上；整体不会再因压力与气流变化让覆盖于石墨坩埚上部的石墨软毡发生扭曲变形，甚至跳脱离原本的位置，碳化硅单晶生长速率均匀，晶体质量高。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚(1)，其特征在于：所述石墨坩埚(1)的上端设置有石墨盖(2)，石墨盖(2)与石墨坩埚(1)的上端接触连接；所述石墨盖(2)的下端中央设置有籽晶片(3)，籽晶片(3)与石墨盖(2)的下端粘合固定；所述石墨坩埚(1)的外侧包裹有外侧石墨软毡保温层(4)，石墨坩埚(1)的底部包裹有底部石墨软毡保温层(5)，石墨坩埚(1)的上部包裹有上部石墨软毡保温层(6)；所述上部石墨软毡保温层(6)的中央开设有测温孔(7)；所述上部石墨软毡保温层(6)的上端设置有承重圆环(8)，承重圆环(8)的外侧设置有卡块(9)，卡块(9)与外侧石墨软毡保温层(4)的上端卡接固定；所述石墨坩埚(1)的最外层设置有感应线圈(10)，感应线圈(10)分布在石墨坩埚(1)的外侧周围。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述石墨坩埚(1)和石墨盖(2)的厚度均为5-20mm。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述石墨坩埚(1)内放置有纯度为5N-6N的碳化硅粉末(11)。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述外侧石墨软毡保温层(4)、底部石墨软毡保温层(5)和上部石墨软毡保温层(6)的层数为1-4层，厚度为5-10mm。

5.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述测温孔(7)的直径为10～30mm。