CN218147045U

CN218147045U - 一种长晶后石墨件处理装置

Info

Publication number: CN218147045U
Application number: CN202222654699.6U
Authority: CN
Inventors: 章宣; 罗烨栋; 浩瀚; 赵新田; 杨弥珺; 陈晶莹
Original assignee: Ningbo Hesheng New Material Co ltd
Current assignee: Ningbo Hesheng New Material Co ltd
Priority date: 2022-10-09
Filing date: 2022-10-09
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2032-10-09

Abstract

本实用新型公开一种长晶后石墨件处理装置，涉及材料相关技术领域，包括放置于发热桶内的坩埚，所述坩埚顶部固定连接有坩埚盖，所述坩埚盖顶部卡接有底部开口的上部坩埚，所述坩埚盖顶部中心位置处开设有圆形通孔，所述圆形通孔直径小于所述上部坩埚的开口直径；所述上部坩埚和发热桶外部包覆有保温装置，所述上部坩埚内自上至下依次放置有顶部石墨纸、废旧石墨毡、实心石墨毡和底部石墨纸；所述坩埚内用于放置附有碳化硅多晶的石墨零件。本实用新型能够将附有碳化硅的石墨零件的碳化硅和石墨分离，并用废旧石墨软毡、废旧石墨硬毡吸收富硅气氛中的硅气氛，形成富碳的碳化硅。

Description

一种长晶后石墨件处理装置

技术领域

本实用新型涉及材料相关技术领域，特别是涉及一种长晶后石墨件处理装置。

背景技术

碳化硅单晶材料是第三代宽带隙半导体材料的代表，具有宽禁带、高热导率、高电子饱和迁移率、高击穿电场等性质，与硅为代表的第一代半导体材料和以GaAs为代表的第二代半导体材料相比，有着明显的优越性，被认为是制造光电子器件，高频大功率器件和高温电子器件等理想的半导体材料。在白光照明、光存储、屏幕显示、航空航天、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、电动汽车及电力电子等方面有广泛应用。

碳化硅单晶材料的生长比较困难，目前普遍采用物理气相沉积法(也叫PVT或改进的Lely法)，该装置中一般的原材料为碳化硅粉末，将碳化硅粉末加热到一定温度就会显著升华，而分解的碳化硅气体会沿着温度梯度输运并在碳化硅籽晶处凝聚，而生长后的部分坩埚零件上长有碳化硅多晶，此碳化硅多晶与石墨零件结合紧密，用物理敲击的方式无法完全去除，导致很多坩埚零件为一次性使用，结有碳化硅多晶的石墨件无法重复利用而造成浪费。

目前碳化硅合成和长晶生产，产生大量的废旧石墨零件，这些石墨零件中，无碳化硅多晶的石墨零件可通过破碎、制粉的方式有效回收，但大部分零件上附有碳化硅多晶，此附有碳化硅多晶的石墨件因碳化硅的存在无法直接通过破碎、制粉的方式回收，此附有碳化硅多晶的石墨零件分为两类，一类为石墨大件，因石墨大件上附有碳化硅多晶，仅使用一次即报废，若去除碳化硅多晶则可多次使用，另一类为附有碳化硅多晶的石墨小件，无法直接破碎回收利用；另碳化硅合成和长晶过程也产生大量废旧石墨软毡、石墨硬毡，且目前暂无处理附有碳化硅多晶的石墨零件的相关技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种长晶后石墨件处理装置，以解决上述现有技术存在的问题，将附有碳化硅的石墨零件的碳化硅和石墨分离，并用废旧石墨软毡、废旧石墨硬毡吸收富硅气氛中的硅气氛，形成富碳的碳化硅。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种长晶后石墨件处理装置，包括放置于发热桶内的坩埚，所述坩埚顶部固定连接有坩埚盖，所述坩埚盖顶部卡接有底部开口的上部坩埚，坩埚结构由上部坩埚和坩埚组合而成，提高径向温度梯度，所述坩埚盖顶部中心位置处开设有圆形通孔，所述圆形通孔直径小于所述上部坩埚的开口直径；所述上部坩埚和发热桶外部包覆有保温装置，所述上部坩埚内自上至下依次放置有顶部石墨纸、废旧石墨毡、实心石墨毡和底部石墨纸；所述坩埚内用于放置附有碳化硅多晶的石墨零件。本实用新型工作时，附有碳化硅多晶的石墨零件装入坩埚，坩埚感应加热，碳化硅多晶在高温下发生分解反应，分解出的气体在石墨软毡以及石墨纸上凝结，坩埚冷却后取出石墨零件和富碳的碳化硅颗粒；石墨零件重复利用，富碳的碳化硅颗粒添加到长晶用的原料中重复利用。本实用新型充分利用了碳化硅合成和长晶过程中的废旧物资，废旧石墨得到充分利用，所得附产品富碳的碳化硅颗粒添加到碳化硅长晶原料中，可降低长晶初期的硅碳比，从而得到利用。

可选的，所述坩埚盖内部设置有环状凸起斜角，所述环状凸起斜角位置处固定设置有顶部石墨毡。

可选的，所述发热桶外部设置有加热装置，所述加热装置为中频感应炉，所述中频感应炉内设置有中频感应线圈，工作时，将整个热场放入中频感应炉中，通电加热。升温到2000-2300℃，压力控制0-20mbar。高温维持时间30-80h。冷却后取出石墨零件重复利用，所得富碳的碳化硅颗粒用于长晶调试。

可选的，所述保温装置包括上部保温石墨毡和侧部保温毡；所述上部保温石墨毡包覆于所述上部坩埚外部，所述侧部保温毡包覆于所述发热桶外部。

可选的，所述上部保温石墨毡顶部开设有测温孔，所述测温孔内用于插设测温装置。

可选的，所述坩埚盖边缘位置处均匀开设有多个与所述坩埚内部连通的排气孔。

可选的，所述上部坩埚的开口端内侧环设有水平指向上部坩埚开口端中心的环形凸起，所述环形凸起的内径尺寸小于所述实心石墨毡的直径尺寸。

可选的，所述坩埚盖顶部开设有环形凹槽，所述环形凹槽的直径不小于所述上部坩埚的外径，所述上部坩埚的开口端卡接于所述环形凹槽内。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型将坩埚设计为上部坩埚和坩埚结合的坩埚结构，使整个热场的轴向温度梯度更大，附在石墨零件上的碳化硅分解出的碳化硅气氛具有更大的驱动力向上挥发，并与上部石墨软毡反应形成碳化硅颗粒，坩埚盖设有排气孔，因感应加热的趋肤效应，边缘温度高，富硅气氛浓度高，易在坩埚盖结晶，故在坩埚盖边缘设排气孔，此排气孔可将边缘过多的富硅气氛排出，故可减少气氛在坩埚盖上的沉积，继而保证坩埚盖的重复利用。此颗粒夹杂细微碳粒，可用于长晶原料中，提高长晶初期的碳硅比。本实用新型设计的上部坩埚内填塞废旧石墨软毡和石墨硬毡，即充分利用了合成和长晶工序中的废弃物，又避免了富硅气氛在上部坩埚上结晶，保证上部坩埚能多次重复利用。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型长晶后石墨件处理装置结构示意图；

附图标记说明：1-发热桶；2-坩埚；3-坩埚盖；4-上部坩埚；5-测温孔；6-上部保温石墨毡；7-废旧石墨毡；8-实心石墨毡；9-顶部石墨纸；10-排气孔；11-底部石墨纸；12-顶部石墨毡；13-侧部保温毡；14-附有碳化硅多晶的石墨零件；15-中频感应线圈。

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。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种长晶后石墨件处理装置，如图1所示，包括放置于发热桶1内的坩埚2，发热桶1外部设置有加热装置，加热装置为中频感应炉，中频感应炉内设置有中频感应线圈15，坩埚2顶部固定连接有坩埚盖3，坩埚盖3内部设置有环状凸起斜角，环状凸起斜角位置处固定设置有顶部石墨毡12，坩埚2和坩埚盖3之间用螺纹连接，坩埚盖3顶部卡接有底部开口的上部坩埚4，坩埚盖3外顶部开设有环形凹槽，环形凹槽的直径不小于上部坩埚4的外径，上部坩埚4的开口端卡接于环形凹槽内，环形凹槽的深度0.5-3mm，环形凹槽的直径略大于上部坩埚外径(大约0.2-2mm)，保证上部坩埚4和坩埚盖3同轴心，坩埚盖3顶部中心位置处开设有圆形通孔，圆形通孔直径小于上部坩埚4的开口直径；上部坩埚4和发热桶1外部包覆有保温装置，保温装置包括上部保温石墨毡6和侧部保温毡13；上部保温石墨毡6包覆于上部坩埚4外部，侧部保温毡13包覆于发热桶1外部；上部坩埚4内自上至下依次放置有顶部石墨纸9、废旧石墨毡7、实心石墨毡8和底部石墨纸11，底部石墨纸11和顶部石墨纸9均分别放置有放一层或多层，废旧石墨毡7包括长晶废石墨软毡和废石墨硬毡；坩埚2内用于放置附有碳化硅多晶的石墨零件14。

进一步优选的，上部保温石墨毡6顶部开设有测温孔5，测温孔5直径10-40mm，测温孔5内用于插设测温装置。坩埚盖3边缘位置处均匀开设有多个与坩埚2内部连通的排气孔10，排气孔10直径0.5-10mm，数量为2-16个，排气孔10位置距离坩埚盖3内部边缘距离1-10mm。上部坩埚4的开口端内侧环设有水平指向上部坩埚4开口端中心的环形凸起，环形凸起的内径尺寸小于实心石墨毡8的直径尺寸，此结构防止上部坩埚4倒扣时上部坩埚4内的物料掉出。

本实用新型工作时，将附有碳化硅多晶的石墨零件14装入坩埚2中，在坩埚盖3装一块或多块顶部石墨毡12，坩埚盖3设有环状凸起斜角，用来固定顶部石墨毡12，将坩埚2和坩埚盖3拧紧在一起，坩埚2和坩埚盖3之间用螺纹连接。将带盖的坩埚2放到发热桶1中，在上部坩埚4远离开口端的内底部放一层或多层顶部石墨纸9，装入长晶废石墨软毡和废石墨硬毡，在废旧石墨毡7上放一层完整的圆形结构的实心石墨毡8，在此实心石墨毡8上放至少一层底部石墨纸11，上部坩埚4开口端设有向内凸起的结构，此结构防止上部坩埚4倒扣时上部坩埚4内的物料掉出，将装有上述料的上部坩埚4倒扣到坩埚盖3上的环形凹槽内，保证上部坩埚4和坩埚盖3同轴心。外部包覆上部保温石墨毡6和侧部保温毡13，将整个热场放入中频感应炉中，通电加热。升温到2000-2300℃，压力控制0-20mbar。高温维持时间30-80h。冷却后取出石墨零件重复利用，所得富碳的碳化硅颗粒用于长晶调试。附有碳化硅的石墨零件上的碳化硅在高温下分解为富硅的碳化硅气氛，此气氛向坩埚2顶部迁移，因气氛富硅，故硅与上部坩埚4中的石墨毡、废毡的碳反应，结合成碳化硅，并将未反应的碳包裹在碳化硅中，呈黑色状态，此富碳的碳化硅破碎后混在长晶料中可以平衡长晶前期的碳硅比。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种长晶后石墨件处理装置，其特征在于：包括放置于发热桶内的坩埚，所述坩埚顶部固定连接有坩埚盖，所述坩埚盖顶部卡接有底部开口的上部坩埚，所述坩埚盖顶部中心位置处开设有圆形通孔，所述圆形通孔直径小于所述上部坩埚的开口直径；所述上部坩埚和发热桶外部包覆有保温装置，所述上部坩埚内自上至下依次放置有顶部石墨纸、废旧石墨毡、实心石墨毡和底部石墨纸；所述坩埚内用于放置附有碳化硅多晶的石墨零件。

2.根据权利要求1所述的长晶后石墨件处理装置，其特征在于：所述坩埚盖内部设置有环状凸起斜角，所述环状凸起斜角位置处固定设置有顶部石墨毡。

3.根据权利要求1所述的长晶后石墨件处理装置，其特征在于：所述发热桶外部设置有加热装置，所述加热装置为中频感应炉，所述中频感应炉内设置有中频感应线圈。

4.根据权利要求1所述的长晶后石墨件处理装置，其特征在于：所述保温装置包括上部保温石墨毡和侧部保温毡；所述上部保温石墨毡包覆于所述上部坩埚外部，所述侧部保温毡包覆于所述发热桶外部。

5.根据权利要求4所述的长晶后石墨件处理装置，其特征在于：所述上部保温石墨毡顶部开设有测温孔，所述测温孔内用于插设测温装置。

6.根据权利要求1所述的长晶后石墨件处理装置，其特征在于：所述坩埚盖边缘位置处均匀开设有多个与所述坩埚内部连通的排气孔。

7.根据权利要求1所述的长晶后石墨件处理装置，其特征在于：所述上部坩埚的开口端内侧环设有水平指向上部坩埚开口端中心的环形凸起，所述环形凸起的内径尺寸小于所述实心石墨毡的直径尺寸。

8.根据权利要求1所述的长晶后石墨件处理装置，其特征在于：所述坩埚盖顶部开设有环形凹槽，所述环形凹槽的直径不小于所述上部坩埚的外径，所述上部坩埚的开口端卡接于所述环形凹槽内。