CN214830783U - 一种生长碳化硅单晶的坩埚结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，包括加热坩埚与生长坩埚，生长坩埚底部均匀设置加热石墨棒，由于是中频感应加热，磁场从外到内有衰减现象，将加热坩埚对应壁厚减少，并在碳化硅粉源中间加入加热用石墨棒，中频感应加热磁场能够有效的透过加热坩埚，使的加热石墨棒在碳化硅粉源中起到加热的作用，通过石墨棒在粉料中的加热，使得整个生长室内的气氛均匀，并在一定程度上能够加快PVT法气相传输的速率，提高碳化硅晶体生长速度。同时也提高在生长过程中气体径向与轴向运输速度，提高了SiC粉料的利用率，增加原料利用率，降低了原料成本,为企业带来效益。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体生长技术领域，涉及一种碳化硅的生长设备，尤其涉及一种使得整个生长室内的气氛均匀，并在一定程度上能够加快PVT法气相传输的速率，提高碳化硅晶体生长速度的生长碳化硅单晶的坩埚结构。
背景技术
碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的代表，它具有能带宽、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电场高，以及介电常数低、化学稳定性好等特点，成为制作高温、高频、大功率、抗辐照、短波长发光及光电整合元件的理想材料，在高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体元件及紫外探测器等方面，都具有广泛的应用前景。SiC优越的半导体特性，未来将可为众多的元件所采用。随着SiC半导体技术的进一步发展，SiC元件的应用领域也越来越广阔，成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的新热点。
在实际的晶体生长中，石墨坩埚中的生长原料由于温度场分布的原因在温度场中相对中间的部分温度最低，因此，在晶体生长结束后往往会在坩埚的中部轴向区域形成大量的重结晶多晶碳化硅区域。这不仅大大的降低了生长原料的利用率，而且也不利于四周气相成分向籽晶的运输。
(PVTC physical vapor transport,物理气相沉积)法碳化硅(SiC)单晶生长的基本过程包括原料分解升华、质量传输和在籽晶上结晶三个过程。当加热到一定的温度后原料主要分解为Si、Si2C、SiC2气体。在实际的晶体生长中，石墨坩埚中的生长原料由于温度场分布的原因在温度场中相对中间的部分温度最低，所以生长过程中，首要解决的是温场的均匀分布问题，以保证生长界面的均匀性，为二维层状生长。通常根据温场分布设计出的坩埚均为直通结构,这种结构在生长初期，距离籽晶较远的原料会完成大量的由壁到籽晶的气体传输，但是SiC源粉内气体的运输速度依然是困扰着碳化硅晶体生长速率低的一大问题，如何对坩埚结构改造以提高坩埚内气体的运输速率，加快碳化硅生长速率为当前碳化硅晶体生长中的趋势。
中国专利，申请号为CN201921527970.1，名称为碳化硅晶体生长用坩埚和碳化硅晶体生长装置的实用新型，公开了一种碳化硅晶体生长用坩埚和碳化硅晶体生长装置，该碳化硅晶体生长用坩埚包括坩埚本体和石墨棒，所述坩埚本体具有容纳腔，所述容纳腔具有用于容纳碳化硅晶体生长原料的生长原料区；所述石墨棒设置在所述容纳腔内，并且所述石墨棒的至少部分位于所述生长原料区。该实用新型虽然从温度场分布的角度出发，意图使得坩埚内部温度场分布更均匀的问题，但是由于石墨棒的位置处于坩埚中部，当感应线圈加热时，热量一方面通过坩埚壁传递至内腔，另一方面通过石墨棒传递至原料中，会使得原料获得的热量实际是大于正常获得的热量，并且大于原料上方的热量，仍然导致了整个内腔内的温度场分布不均匀。
实用新型内容
本实用新型的目的在于为了解决碳化硅单晶生长时内部温度场分布不均匀的缺陷而提供一种生长碳化硅单晶的坩埚结构。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，包括加热坩埚与生长坩埚，所述生长坩埚置于加热坩埚内部；所述生长坩埚底部沿圆周均匀设置有两根以上的加热棒；所述加热坩埚外壁设有环形槽，所述环形槽的高度与加热棒的高度相同。
在本技术方案中，生长坩埚底部与加热石墨棒连接，由于是中频感应加热，磁场从外到内有衰减现象，因而加热坩埚所相对应的壁厚减少，并在碳化硅粉源中间加入加热用石墨棒，中频感应加热磁场能够有效的透过加热坩埚，使的加热石墨棒在碳化硅粉源中起到加热的作用，通过石墨棒在粉料中的加热，使得整个生长室内的气氛均匀，并在一定程度上能够加快PVT法气相传输的速率，提高碳化硅晶体生长速度。
作为本实用新型的一种优选方案，所述加热棒的一端固定于所述生长坩埚的底面，并垂直于所述生长坩埚的底面设置。
作为本实用新型的一种优选方案，所述加热棒的数量为偶数根。
作为本实用新型的一种优选方案，所述加热棒的数量为4-6根。
在本技术方案中，加热棒的数量为4-6根，可以均匀的分布在生长坩埚的底部，使得整个生长室内的气氛均匀。
作为本实用新型的一种优选方案，所述加热棒的直径为5-8mm。
在本技术方案中，若加热棒的直径过小，效果不明显；直径过大，则会影响生长原料的量和晶体生长的质量。
作为本实用新型的一种优选方案，所述加热棒包括实心加热棒或空心加热棒，所述空心加热棒的内径为2-3mm。
作为本实用新型的一种优选方案，所述生长坩埚内装有碳化硅粉源。
作为本实用新型的一种优选方案，所述加热棒的高度齐平于所述碳化硅粉源的高度。
作为本实用新型的一种优选方案，所述环形槽的厚度为5-8mm。
作为本实用新型的一种优选方案，所述生长坩埚上设有坩埚盖，所述坩埚盖与生长坩埚扣合。
作为本实用新型的一种优选方案，所述生长坩埚的坩埚盖内侧固定有籽晶。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的生长坩埚底部设置加热石墨棒，由于是中频感应加热，磁场从外到内有衰减现象，因而将加热坩埚对应壁厚减少，并在碳化硅粉源中间加入加热用石墨棒，中频感应加热磁场能够有效的透过加热坩埚，使的加热石墨棒在碳化硅粉源中起到加热的作用，通过石墨棒在粉料中的加热，使得整个生长室内的气氛均匀，并在一定程度上能够加快PVT法气相传输的速率，提高碳化硅晶体生长速度。同时也提高在生长过程中气体径向与轴向运输速度，提高了SiC粉料的利用率，增加原料利用率，降低了原料成本,为企业带来效益。
附图说明
图1是本实用新型的一种结构示意图；
图2是本实用新型生长坩埚的俯视图。
图中，1.加热坩埚；2.生长坩埚；3.籽晶；4.坩埚盖；5.碳化硅粉源；6.加热棒；7.环形槽。
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1
参见图1与图2，本实用新型公开了一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，包括加热坩埚1，设置于加热坩埚1内部的生长坩埚2，该生长坩埚2的顶部具有一与之对应的坩埚盖4，该坩埚盖4与生长坩埚2扣合；该坩埚盖4上设置有籽晶3；
在生长坩埚2的内部具有碳化硅粉源5，生长坩埚2底部沿圆周均匀设置有4根的加热棒6，加热棒6的直径为5-8mm；其中，加热棒6为空心加热棒，该空心加热棒的内径为2-3mm；
加热坩埚1外壁设有环形槽7，所述环形槽7的高度与加热棒6的高度相同，环形槽7的厚度为5-8mm。
装炉前，先把加热坩埚1装入生长炉后，生长坩埚2底部设置有加热棒6，把碳化硅粉源先放入生长坩埚2中，然后放入加热坩埚1内。本实用新型能够使得碳化硅源粉内的气氛均匀，提高了气体在径向与轴向运输速度，提高了晶体生长速度，降低了生长成本。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，加热棒6为实心加热棒。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，包括加热坩埚与生长坩埚，所述生长坩埚置于加热坩埚内部；所述生长坩埚底部沿圆周均匀设置有两根以上的加热棒；所述加热坩埚外壁设有环形槽，所述环形槽的高度与加热棒的高度相同。
2.根据权利要求1所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述加热棒的一端固定于所述生长坩埚的底面，并垂直于所述生长坩埚的底面设置。
3.根据权利要求1所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述加热棒的数量为偶数根。
4.根据权利要求1或3所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述加热棒的数量为4-6根。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述加热棒的直径为5-8mm。
6.根据权利要求5所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述加热棒包括空心加热棒或实心加热棒；所述空心加热棒的内径为2-3mm。
7.根据权利要求1所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述生长坩埚内装有碳化硅粉源。
8.根据权利要求7所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述加热棒的高度齐平于所述碳化硅粉源的高度。
9.根据权利要求1所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述环形槽的厚度为5-10mm。
10.根据权利要求1所述的一种生长碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，所述生长坩埚上设有坩埚盖，所述坩埚盖与生长坩埚扣合，所述坩埚盖内侧固定有籽晶。
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