CN217997403U - 一种电阻法单晶生长炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电阻法单晶生长炉，包括炉体、可升降地穿设于炉体中的坩埚轴、连接在坩埚轴上的坩埚、设于炉体中的且环设于坩埚外侧周部的第一加热电阻、设于炉体中的且位于坩埚上方的第二加热电阻；第二加热电阻的加热温度沿坩埚的径向方向渐变设置。本实用新型电阻法单晶生长炉，通过在坩埚上方设置第二加热电阻，第二加热电阻的加热温度沿坩埚的径向方向渐变设置，能够平衡第一加热电阻在坩埚中造成的径向温度梯度，以提高单晶生长时坩埚中径向温度的均匀性，改善单晶生长环境，生长出性能更好的大尺寸单晶材料。

Description

一种电阻法单晶生长炉

技术领域

本实用新型涉及人工晶体生长技术领域，特别涉及一种电阻法单晶生长炉。

背景技术

目前，物理气相输运法（PVT法）已成为生长碳化硅单晶的主流工艺技术。此技术的特点是将碳化硅多晶原料装在石墨坩埚底部，将碳化硅籽晶片粘接在石墨籽晶座上，并安装在石墨坩埚上部，通过感应线圈对石墨坩埚进行感应加热，使碳化硅多晶原料升华，从而在碳化硅籽晶上生长碳化硅单晶。感应加热的特点是加热速度快，但由于趋肤效应，靠近感应线圈的石墨坩埚的周边发热量最多，内部则较少，这样就造成了坩埚的径向温度梯度较大，特别是粘接有籽晶的石墨盖温度梯度十分明显，从而影响单晶的合理化生长，造成单晶品质下降。对于生长大尺寸碳化硅单晶材料的影响尤为严重。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电阻法单晶生长炉，能够提高单晶生长时坩埚径向温度的均匀性。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种电阻法单晶生长炉，包括炉体、可升降地穿设于所述炉体中的坩埚轴、连接在所述坩埚轴上的坩埚、设于所述炉体中的且环设于所述坩埚外侧周部的第一加热电阻、设于所述炉体中的且位于所述坩埚上方的第二加热电阻；

所述第二加热电阻的加热温度沿所述坩埚的径向方向渐变设置。

优选地，所述第二加热电阻为圆盘形，所述第二加热电阻与所述坩埚同轴心线排列，所述第二加热电阻的加热温度沿圆周指向圆心的方向逐渐升高。

优选地，所述第一加热电阻包括穿设于所述炉体下部的第一电极、连接在所述第一电极上端部的第一电阻本体；所述第二加热电阻包括穿设于所述炉体上部的第二电极、连接在所述第二电极下端部的第二电阻本体。

优选地，所述电阻法单晶生长炉还包括用于承载所述炉体的底座、设于所述底座上的且用于驱动所述坩埚轴升降的第一驱动机构，所述坩埚轴的下端部穿设于所述底座中。

更优选地，所述第一驱动机构还用于驱动所述坩埚轴绕自身轴心线方向转动。

优选地，所述炉体包括炉底、可升降地设于所述炉底上的炉筒、可升降地盖设于所述炉筒上的炉盖，所述电阻法单晶生长炉还包括用于驱动所述炉筒升降的第二驱动机构、用于驱动所述炉盖升降的第三驱动机构。

更优选地，所述第二驱动机构还用于驱动所述炉筒绕第一轴心线转动，所述第一轴心线平行于所述坩埚轴。

更优选地，所述第三驱动机构还用于驱动所述炉盖绕第二轴心线转动，所述第二轴心线平行于所述坩埚轴。

优选地，所述电阻法单晶生长炉还包括设于所述炉体中的且具有保温腔的保温主体，所述第一加热电阻、所述第二加热电阻和所述坩埚分别设于所述保温主体中。

优选地，所述电阻法单晶生长炉还包括开设于所述炉体上的进气口和出气口，所述进气口高于所述出气口。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型电阻法单晶生长炉，通过在坩埚上方设置第二加热电阻，第二加热电阻的加热温度沿坩埚的径向方向渐变设置，能够平衡第一加热电阻在坩埚中造成的径向温度梯度，以提高单晶生长时坩埚中径向温度的均匀性，改善单晶生长环境，生长出性能更好的大尺寸单晶材料。

附图说明

附图1为根据本实用新型具体实施例电阻法单晶生长炉的结构示意图一（合炉状态）；

附图2为根据本实用新型具体实施例电阻法单晶生长炉的结构示意图二（开炉状态）。

其中：1、炉体；101、炉底；102、炉筒；103、炉盖；2、坩埚轴；3、坩埚；4、第一加热电阻；41、第一电极；42、第一电阻本体；5、第二加热电阻；51、第二电极；52、第二电阻本体；6、底座；7、第一驱动机构；8、第二驱动机构；9、第三驱动机构；10、保温主体；11、进气口；12、出气口；13、上测温仪；14、下测温仪。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型实施例的不同结构。为了简化本实用新型实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型实施例。此外，本实用新型实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

参见图1-2所示，本实施例提供一种电阻法单晶生长炉，用于碳化硅单晶的生长，包括底座6、设于底座6上的炉体1、可升降地穿设于炉体1中的坩埚轴2、连接在坩埚轴2上的坩埚3，坩埚轴2从炉体1底部向上伸入炉体1中。

底座6中设有用于驱动坩埚轴2做升降运动的第一驱动机构7，第一驱动机构7还用于驱动坩埚轴2绕自身轴心线方向转动，坩埚轴2的下端部穿设于底座6中。第一驱动机构7由第一升降驱动组件和第一转动驱动组件组成，该驱动结构为现有技术。通过这个设置，能够调整坩埚3的纵向梯度温度、以及坩埚3周向受热的均匀性。

该电阻法单晶生长炉还包括设于炉体1中的且环设于坩埚3外侧周部的第一加热电阻4、设于炉体1中的且位于坩埚3上方的第二加热电阻5，第二加热电阻5的加热温度沿坩埚3的径向方向渐变设置。其中，第一加热电阻4、第二加热电阻5和坩埚3均由石墨材料制成。

第一加热电阻4可以是筒形或杯形，环设于坩埚3外侧的第一加热电阻4加热时，坩埚3会产生沿径向方向的温度梯度，即坩埚3圆周处的温度要显著高于圆心处的温度，这就导致单晶生长品质相对较低。

第二加热电阻5可以由多圈同心圆设置的电阻丝组成，每圈电阻丝均独立加热；第二加热电阻5也可以由多圈依次连接的电阻丝组成，多圈电阻丝两两之间的间隙沿圆心至圆周的方向逐渐增加。

在本实施例中，第二加热电阻5为圆盘形，第二加热电阻5与坩埚3同轴心线排列，第二加热电阻5的加热温度沿圆周指向圆心的方向逐渐升高。当多圈电阻丝相互独立时，通过增加内圈电阻丝的加热功率，能够使圆心处的加热温度高于圆周处的加热温度，以平衡径向温度梯度；当多圈电阻丝依次连接时，通过减小内圈的电阻丝之间的间隙，和/或增加内圈的电阻丝的层数，能够使圆心处的加热温度高于圆周处的加热温度，以平衡径向温度梯度。

上述电阻法单晶生长炉还包括设于炉体1中的且具有保温腔的保温主体10，第一加热电阻4、第二加热电阻5和坩埚3分别设于保温主体10中。

参见图1所示，第一加热电阻4包括穿设于炉体1下部和保温主体10下部的第一电极41、连接在第一电极41上端部的第一电阻本体42；第二加热电阻5包括穿设于炉体1上部和保温主体10上部的第二电极51、连接在第二电极51下端部的第二电阻本体52，即上述的电阻丝。

上述炉体1包括炉底101、可升降地设于炉底101上的炉筒102、可升降地盖设于炉筒102上的炉盖103，在本实施例中，炉筒102分段设置，下段相对较短且固定连接在炉底101上，上段相对较长且可相对下段做升降运动。

电阻法单晶生长炉还包括用于驱动炉筒102升降的第二驱动机构8、用于驱动炉盖103升降的第三驱动机构9。其中，第二驱动机构8还用于驱动炉筒102绕第一轴心线转动，第三驱动机构9还用于驱动炉盖103绕第二轴心线转动，第一轴心线、第二轴心线和坩埚轴2相互平行。第二驱动机构8由第二升降驱动组件和第二转动驱动组件组成，该驱动结构为现有技术；第三驱动机构9由第三升降驱动组件和第三转动驱动组件组成，该驱动结构为现有技术。

通过这个设置，能够便捷地取放坩埚3，并放入原料和取出单晶，同时也便于第一加热电阻4和第二加热电阻5的拆装更换。

参见图1所示，电阻法单晶生长炉还包括开设于炉体1上的进气口11和出气口12、设于炉盖103上的上测温仪13、与坩埚轴2连接的下测温仪14，该坩埚轴2同样由石墨材料制成。进气口11开设于炉盖103上，出气口12则开设于炉筒102侧壁，进气口11用于在长晶时充入工艺气体。上测温仪13和下测温仪14分别用于测量长晶时坩埚3顶部和底部的实时温度，以便于及时做出调整。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

首先，提升并旋转打开炉盖103和炉筒102，取出坩埚3，在坩埚3底部装入碳化硅多晶原料，在坩埚3顶部粘接碳化硅籽晶片，接着将坩埚3放入炉体1中，再将炉筒102和炉盖103分别复位；

接着，对第一加热电阻4和第二加热电阻5分别通电加热，通过上测温仪13和下测温仪14分别对坩埚3的温度进行实时测量，通过调整坩埚3的高度来调整坩埚3的纵向梯度温度，通过转动坩埚3来调整坩埚3周向受热的均匀性，通过开启第二加热电阻5来平衡坩埚3由于第一加热电阻4导致的径向温度梯度；

最后，当长晶结束后，停止对第一加热电阻4和第二加热电阻5供电，提升并旋转打开炉盖103和炉筒102，取出坩埚3和生长好的碳化硅单晶。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电阻法单晶生长炉，其特征在于：包括炉体、可升降地穿设于所述炉体中的坩埚轴、连接在所述坩埚轴上的坩埚、设于所述炉体中的且环设于所述坩埚外侧周部的第一加热电阻、设于所述炉体中的且位于所述坩埚上方的第二加热电阻；

所述第二加热电阻的加热温度沿所述坩埚的径向方向渐变设置。

2.根据权利要求1所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述第二加热电阻为圆盘形，所述第二加热电阻与所述坩埚同轴心线排列，所述第二加热电阻的加热温度沿圆周指向圆心的方向逐渐升高。

3.根据权利要求1所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述第一加热电阻包括穿设于所述炉体下部的第一电极、连接在所述第一电极上端部的第一电阻本体；所述第二加热电阻包括穿设于所述炉体上部的第二电极、连接在所述第二电极下端部的第二电阻本体。

4.根据权利要求1所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述电阻法单晶生长炉还包括用于承载所述炉体的底座、设于所述底座上的且用于驱动所述坩埚轴升降的第一驱动机构，所述坩埚轴的下端部穿设于所述底座中。

5.根据权利要求4所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述第一驱动机构还用于驱动所述坩埚轴绕自身轴心线方向转动。

6.根据权利要求1所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述炉体包括炉底、可升降地设于所述炉底上的炉筒、可升降地盖设于所述炉筒上的炉盖，所述电阻法单晶生长炉还包括用于驱动所述炉筒升降的第二驱动机构、用于驱动所述炉盖升降的第三驱动机构。

7.根据权利要求6所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述第二驱动机构还用于驱动所述炉筒绕第一轴心线转动，所述第一轴心线平行于所述坩埚轴。

8.根据权利要求6所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述第三驱动机构还用于驱动所述炉盖绕第二轴心线转动，所述第二轴心线平行于所述坩埚轴。

9.根据权利要求1所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述电阻法单晶生长炉还包括设于所述炉体中的且具有保温腔的保温主体，所述第一加热电阻、所述第二加热电阻和所述坩埚分别设于所述保温主体中。

10.根据权利要求1所述的电阻法单晶生长炉，其特征在于：所述电阻法单晶生长炉还包括开设于所述炉体上的进气口和出气口，所述进气口高于所述出气口。

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