CN209602663U - 一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于碳化硅材料加工技术领域，具体涉及一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置，是针对现有碳化硅晶体生长过程中旋转坩埚会导致温度场分布不均匀所提出的，其包括旋转装置和升降装置，旋转装置和升降装置位于生长腔的外部，所述旋转装置与套设在生长腔外部的感应线圈的顶端连接，且旋转装置通过环形法兰带动感应线圈在生长腔的外部进行旋转，所述升降装置通过连接杆与旋转装置连接，且升降装置可带动旋转装置与感应线圈同步上下运动。本实用新型通过感应线圈旋转和升降的方法来调整温场，实现温场分布均匀，可以得到对称性好、缺陷少、质量好的碳化硅晶体。

Description

一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置

技术领域：

本实用新型属于碳化硅材料加工技术领域，具体涉及一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置。

背景技术：

碳化硅单晶材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高、介电常数低、化学稳定性好等优点，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、电力电子器件理想的半导体材料，在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化等方面有广泛应用。

目前生长碳化硅晶体最有效的方法是物理气相传输PVT法，首先在石墨坩埚的底部填入高纯原料，石墨盖顶部粘贴籽晶，在坩埚外部采用保温石墨毡裹绕，然后在合适的温度1800～2000℃和高真空下0～10^-4Torr通过气相挥发生长碳化硅晶体。在生长碳化硅晶体过程中，溢出坩埚的部分气相组分会与周围的保温材料、石墨坩埚等组件发生反应，引起石墨化导致保温材料和石墨坩埚的局域破坏，同时每次晶体生长时保温材料、加热线圈和坩埚位置等因素的几何位置很难完全对称，这也会致使晶体生长时温度场分布不均匀，从而导致生长的碳化硅晶体不仅面型不对称，而且内部应力分布也不均，这将直接影响碳化硅晶体的质量和成品率。因此，如何在碳化硅晶体生长过程中实现温度场均匀分布对于高质量、大尺寸碳化硅晶体的制备至关重要。

国外专利文献EP0554047A1提到在无坩埚气相生长碳化硅晶体中旋转籽晶体可以使晶体生长的温度场更均匀。国内专利文献CN105316765A在物理气相传输法生长碳化硅晶体时旋转坩埚可以提高晶体的均匀一致性。但在坩埚旋转过程中不可避免的产生振动，影响晶体的垂直平稳生长，严重时还有可能致使粘贴在坩埚盖上的籽晶片脱落，而且在旋转过程中对保温层整体的密闭性也有影响，破坏了晶体生长的环境。另外，如果坩埚进行旋转，底部的粉末源会受到离心力的影响，导致粉末分布不均，从而影响气相传输过程，破坏温场梯度，导致晶体生长过程产生微管，碳包裹物，严重影响晶体质量。

实用新型内容：

本实用新型为克服上述缺陷，提供了一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置，该装置通过调整感应线圈的旋转和升降以实现晶体生长时温度场的均匀对称，提高碳化硅晶体的质量和成品率。

本实用新型采用的技术方案在于：一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置，包括旋转装置和升降装置，旋转装置和升降装置位于生长腔的外部，所述旋转装置与套设在生长腔外部的感应线圈的顶端连接，且旋转装置通过环形法兰带动感应线圈在生长腔的外部进行旋转，所述升降装置通过连接杆与旋转装置连接，且升降装置带动旋转装置与感应线圈同步上下运动。

优选地，所述旋转装置为旋转电机，旋转电机的输出端通过传动轴与环形法兰固定连接，且旋转电机的输出端与环形法兰同心设置。

优选地，所述升降装置包括固定支架和升降电机，所述固定支架包括两个立杆，两个立杆分别位于生长腔的两侧，在每个立杆上分别套设有上下滑动的套管，且每个套管与连接杆的一端固定连接，所述升降电机为两个，每个升降电机的输出端均通过一个固定螺母与一个套管固定连接。

优选地，所述感应线圈的高度大于生长腔的高度。

本实用新型的有益效果是：

1、通过在生长腔的外部设置旋转装置和升降装置，使感应线圈在加热的同时可进行自旋和/或上下移动，同时也避免了坩埚在旋转过程中产生振动导致籽晶片脱落或坩埚内底的粉末分布不均现象的发生，保证了晶体在生长过程中温度场的分布均匀。

2、旋转装置和升降装置与感应线圈同心设置，保证了感应线圈在运动过程中使晶体生长时始终与保温材料、加热线圈和坩埚位置等的几何位置对称性较好，使晶体在生长过程中温度场的分布均匀。

3、本实用新型在不影响原有坩埚内部晶体生长环境的情况下，采用外部感应线圈旋转和升降的方法来调整温场，实现温场分布均匀，可以得到对称性好、缺陷少、质量好的碳化硅晶体。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

其中：1坩埚、2绝热层、3底座、4感应线圈、5环形法兰、6传动轴、7旋转装置、8升降装置、801固定支架、802升降电机、803套管、804固定螺母、9连接杆、10生长腔、11框架、12石英管。

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型为一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置，该装置和生长腔10位于框架11内，且该装置安装在生长腔10的外侧。

生长腔10的内部结构与现有碳化硅晶体生长条件相同，所述生长腔10具体为两端设有密封法兰的石英管12，石英管12内形成生长腔10，在石英管12内设有坩埚1和底座3，所述坩埚1为石墨坩埚，在石英管12的内底中心处设有底座3，所述坩埚1放置在底座3上，所述底座3选用石墨底座，其纵截面呈T字形，该底座3使坩埚1与生长腔10的底部留有一定空间，方便感应线圈4进行上下运动。为了确保坩埚1位于底座3的中心位置，在底座3的上表面中心处设有卡槽，坩埚1放置在卡槽内。在坩埚1的外部采用绝热层2裹绕，所述所述绝热层2为保温毡。

感应线圈4同心套设在生长腔10外侧，且感应线圈4的高度大于生长腔10的高度，使感应线圈4在上下运动时，坩埚1也能均匀受热。在感应线圈4的顶端与同心设置的环形法兰5外环焊接在一起，环形法兰5的内环与传动轴6的一端连接，传动轴6的另一端与旋转装置7的输出轴连接。所述旋转装置7为旋转电机转速为3-6转/分钟。

所述升降装置8安装在框架11上，所述框架11为矩形框架式结构，所述升降装置8通过连接杆9与旋转装置7连接。所述升降装置8包括固定支架801和升降电机802，固定支架801包括两个立杆，两个立杆分别位于生长腔10的两侧，且固定在框架11的内壁上。在每个立杆上分别套设有可上下滑动的套管803，且每个套管803与连接杆9的一端固定连接。所述升降电机802为两个，为了进一步说明本实用新型中升降电机802的具体结构，在此指出，所述升降电机802采用丝杠升降电机，其中丝杠升降电机的丝杠与固定螺母804螺接安装，丝杠升降电机的电机部分固定在框架11的内壁上，通过丝杠升降电机中电机的转动，进而带动了丝杠的转动，而此时丝杠的转动带动固定螺母804和套管803实现在固定支架801上完成上下滑动动作，所述套管803还通过连接杆9与旋转装置7建立固定连接，因此通过套管803在固定支架801的上下滑动，实现了升降电机802带动旋转装置7与感应线圈4的同步上下运动。

本实用新型不仅限于应用在碳化硅晶体生长中，还可应用到物理气相传输法生长的其它晶体中。

工作过程：

使用时，先将升降电机802将感应线圈4升起，然后将放好高纯度粉末原料和籽晶片的坩埚1放置在底座3上，并裹绕上绝热层2后放置在石英管12的真空腔10内，将真空腔10放置在框架11的中心处后再将感应线圈4下降至适当的高度，此时真空腔10与感应线圈4同心设置，最后接通感应线圈4进行加热，同时启动旋转电机带动感应线圈4进行旋转，根据需要启动升降电机802带动感应线圈4进行上下升降运动。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置，其特征在于，包括旋转装置(7)和升降装置(8)，旋转装置(7)和升降装置(8)位于生长腔(10)的外部，所述旋转装置(7)与套设在生长腔(10)外部的感应线圈(4)的顶端连接，且旋转装置(7)通过环形法兰(5)带动感应线圈(4)在生长腔(10)的外部进行旋转，所述升降装置(8)通过连接杆(9)与旋转装置(7)连接，且升降装置(8)带动旋转装置(7)与感应线圈(4)同步上下运动。

2.如权利要求1所述的一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置，其特征在于：所述旋转装置(7)为旋转电机，旋转电机的输出端通过传动轴(6)与环形法兰(5)固定连接，且旋转电机的输出端与环形法兰(5)同心设置。

3.如权利要求1所述的一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置，其特征在于：所述升降装置(8)包括固定支架(801)和升降电机(802)，所述固定支架(801)包括两个立杆，两个立杆分别位于生长腔(10)的两侧，在每个立杆上分别套设有上下滑动的套管(803)，且每个套管(803)与连接杆(9)的一端固定连接，所述升降电机(802)为两个，每个升降电机(802)的输出端均通过一个固定螺母(804)与一个套管(803)固定连接。

4.如权利要求1至3任一所述的一种调整碳化硅晶体生长过程中温场分布的装置，其特征在于：所述感应线圈(4)的高度大于生长腔(10)的高度。