CN212640658U - 一种用于提高原料利用率的坩埚 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于提高原料利用率的坩埚，通过将坩埚体底面的中部区域设计为向所述坩埚体的内部凹陷的结构，进而从坩埚体的外部观察，可以在坩埚体的底部形成一凹陷部，而从坩埚体的内部观察，可以在坩埚体的内部形成一凸起结构；同时，与所述凹陷部的形状相匹配的，在加热底座的上表面设置有凸起部。在晶体生长时，该凸起部可以置于凹陷部中且凸起部的外壁与所述凹陷部的内部相接触，通过对加热底座的加热，将热量传递到坩埚体内部的中心区域，从而实现对位于坩埚体中心区域的碳化硅多晶料加热，减少结晶，提高原料的利用率。

Description

一种用于提高原料利用率的坩埚

技术领域

本申请涉及碳化硅晶体制备技术领域，尤其涉及用于提高原料利用率的坩埚。

背景技术

碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的典型代表，与第一代Si和第二代GaAs半导体材料相比，具有热导率高、禁带宽度宽、化学稳定性高、抗辐射能力强等优异的综合性能。这使SiC半导体材料被用于制备高功率电力电子器件和微波器件，并已在高压电力传输、5G通信、电动汽车等领域获得广泛应用，SiC半导体材料和器件目前已成为各国争相发展的产业。

目前，生长大尺寸体块SiC单晶最成熟有效的方法是物理气相传输(PhysicalVapor Transport，PVT)法，其基本原理是将SiC多晶粉料加热到一定温度以上，SiC多晶粉料高温升华后的气相成分在浓度梯度的作用下进行物质传输，最后在温度较低的碳化硅籽晶表面重结晶，进行SiC单晶生长。SiC晶体生长系统采用中频感应加热方式，晶体生长过程中将石墨坩埚外围缠绕保温材料后放置于感应线圈中央，线圈通入高频的交流电后产生交变磁场，石墨坩埚处在交变磁场中产生涡流，涡流产生焦耳热使坩埚温度升高，通过热传导、热辐射和热对流传热方式，将热量传递到坩埚内部，从而加热生长原料和籽晶，建立起SiC单晶生长的温度场。

但是,上述加热方式存在坩埚中心温度较低，所以，存在坩埚体内的碳化硅原料中心结晶的问题，导致该部分原料利用率较低，特别是随着生长碳化硅晶体尺寸的增加，原料中心结晶尺寸增加，原料的利用率持续降低，而且中心结晶影响气氛输运的路线，导致气流传输的不稳定性增强。

实用新型内容

针对上述问题，本申请实例提供了一种用于提高原料利用率的坩埚。

本申请实例提供的一种用于提高原料利用率的坩埚，包括坩埚体和加热底座，其中：

所述坩埚体为中空的结构；

所述坩埚体底面的中部区域向所述坩埚体的内部凹陷形成凹陷部；

与所述凹陷部的形状相匹配的，所述加热底座的上表面设置有凸起部；

所述凸起部可以置于所述凹陷部中且所述凸起部的外壁与所述凹陷部的内部相接触，以为所述坩埚体中的碳化硅多晶料加热。

可选地，所述凹陷部的深度小于或等于所述碳化硅多晶料的厚度。

可选地，所述凸起部的形状为圆柱形、圆台形或圆锥形。

可选地，所述坩埚体的底面中位于凹陷部周围的底面与所述加热底座的上表面中位于所述凸起部周围的上表面相接触；

所述加热底座的下表面为一平面结构。

可选地，所述加热底座为石墨加热底座或钨钼加热底座。

可选地，所述加热底座内设有温度传感器，所述温度传感器与加热器电连接。

由上述实施例可见，本实施例提供的用于提高原料利用率的坩埚，通过将坩埚体底面的中部区域设计为向所述坩埚体的内部凹陷的结构，进而从坩埚体的外部观察，可以在坩埚体的底部形成一凹陷部，而从坩埚体的内部观察，可以在坩埚体的内部形成一凸起结构；同时，与所述凹陷部的形状相匹配的，在加热底座的上表面设置有凸起部。在晶体生长时，该凸起部可以置于凹陷部中且凸起部的外壁与所述凹陷部的内部相接触，通过对加热底座的加热，将热量传递到坩埚体内部的中心区域，从而实现对位于坩埚体中心区域的碳化硅多晶料加热，减少结晶，提高原料的利用率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种坩埚的拆分结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种坩埚的组装结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种坩埚的拆分结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种坩埚的组装结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

针对现有技术中，碳化硅长晶用的坩埚存在碳化硅多晶料加热中心结晶的问题，该部分原料利用率较低，而且中心结晶影响气氛输运的路线，导致气流传输的不稳定性增强。而现有技术中提出在料内增加各种结构，利用石墨或其他材料热导率高的特点，通过热传导将高温区的热量传导到原料内部，提高原料温度，提高原料的利用率，但是上述方式存在由于为非直接发热，加热效果有限的问题。本实施例提供了一种新型的坩埚，通过对坩埚的底面进行设置并且设置加热底座的方式，为坩埚中碳化硅多晶料加热。

图1为本申请实施例提供的一种坩埚的拆分结构示意图，图2为本申请实施例提供的一种坩埚的组装结构示意图。如图1和2所示，该坩埚主要包括坩埚盖10、坩埚体20和加热底座50。

其中，坩埚盖10和坩埚体20可以采用石墨材料制成，坩埚体20为一中空结构，坩埚盖10可以扣合在坩埚体20上，以提供生长腔室。

坩埚体20底面的中部区域向坩埚体的内部凹陷，从坩埚体20的外部观察，可以在坩埚体的底部形成一凹陷部201、而从坩埚体20的内部观察，可以在坩埚体的内部形成一凸起结构。与该凹陷部201的形状相匹配的，加热底座50的上表面设置有凸起部501。由于本实施例中凹陷部201为一圆柱形结构，凸起部501也设计为圆柱形结构。

并且，通过对凹陷部201与凸起部501直径的设计，使坩埚体20与加热底座50装配后，凸起部501可以置于凹陷部201中，并且凸起部501的外壁与凹陷部201的内部相接触。加热底座50的材料可以是石墨、钨钼材料等可以在碳化硅生长温度下稳定存在的材质制成，加热底座50可以配备加热器，其中，加热方式可以采用电阻加热、感应加热等方式。

进一步的，为使坩埚体20和加热底座50装配后，提高整体牢固度以及稳定性，本实施例设置加热底座50的下表面为一平面结构，坩埚体20的底面中位于凹陷部201周围的底面与加热底座50的上表面中位于凸起部501周围的上表面相接触。需要说明的是，本实施例将加热底座50中靠近坩埚体的表面为上表面。

在碳化硅单晶生长前，坩埚盖10上设置碳化硅籽晶30，将SiC多晶料40放入坩埚体20中。在碳化硅单晶生长时，通过对加热底座50的加热，由于凸起部501的外壁与凹陷部201的内部相接触，进而可以将热量传递到坩埚体20中碳化硅多晶料40中，而且凹陷部201设置在坩埚体20底面的中心区域，进而可以将热量直接传递到坩埚体20内部的中心区域，从而实现对位于坩埚体20中心区域的碳化硅多晶料40加热，减少结晶，提高原料的利用率。

为了方便调节加热底座50的加热温度，本实施例在加热底座内可以设置温度传感器(图中未示出)，温度传感器与加热器电连接，以实现对加热温度的调控。

在碳化硅单晶生长的过程中，坩埚腔室内的轴向温度梯度是碳化硅多晶料40分解的气相组分向碳化硅籽晶30生长表面输运的驱动力，决定了晶体的生长速率，尤其对于大尺寸碳化硅单晶生长，需要温度场具有足够大的轴向温度梯度增大以促进气相组分输运至生长界面。因此，为了降低加热底座50的加热对轴向温度梯度的影响，优选地，凹陷部201的深度小于或等于碳化硅多晶料40的厚度，即坩埚体20内的凸起结构被埋在碳化硅多晶料40中。

图3为本申请实施例提供的另一种坩埚的拆分结构示意图，图4为本申请实施例提供的另一种坩埚的组装结构示意图。如图3和4所示，该坩埚也是主要包括坩埚盖10、坩埚体20和加热底座50。

本实施例与上述实施例的主要区别在于，加热底座50上的凸起部501设计为一圆台结构，与该圆台结构相适应的，由坩埚体20的底部至顶部方向，坩埚体20底面上的凹陷部201的直径逐渐缩小，以方便坩埚体20和加热底座50的装配。

当然，在其它实施例中，还可以将加热底座50上的凸起部501设计为其它结构，如圆锥形、方柱形等等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于提高原料利用率的坩埚，其特征在于，包括坩埚体和加热底座，其中：

所述坩埚体为中空的结构；

所述坩埚体底面的中部区域向所述坩埚体的内部凹陷形成凹陷部；

与所述凹陷部的形状相匹配的，所述加热底座的上表面设置有凸起部；

所述凸起部可以置于所述凹陷部中且所述凸起部的外壁与所述凹陷部的内部相接触，以为所述坩埚体中的碳化硅多晶料加热。

2.根据权利要求1所述的用于提高原料利用率的坩埚，其特征在于，所述凹陷部的深度小于或等于所述碳化硅多晶料的厚度。

3.根据权利要求1所述的用于提高原料利用率的坩埚，其特征在于，所述凸起部的形状为圆柱形、圆台形或圆锥形。

4.根据权利要求1所述的用于提高原料利用率的坩埚，其特征在于，所述坩埚体的底面中位于凹陷部周围的底面与所述加热底座的上表面中位于所述凸起部周围的上表面相接触；

所述加热底座的下表面为一平面结构。

5.根据权利要求1至4任一所述的用于提高原料利用率的坩埚，其特征在于，所述加热底座为石墨加热底座或钨钼加热底座。

6.根据权利要求1至4任一所述的用于提高原料利用率的坩埚，其特征在于，所述加热底座内设有温度传感器，所述温度传感器与加热器电连接。

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