CN219385399U - 一种石墨电阻炉 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种石墨电阻炉，涉及晶体生长技术领域，包括石墨坩埚、与所述石墨坩埚连接的旋转装置以及设置在所述石墨坩埚外侧的加热装置，所述石墨坩埚内用于容置原料，所述石墨坩埚具有坩埚盖，所述坩埚盖的内壁上设置有多个用于放置籽晶的容置位。石墨电阻炉通过石墨坩埚发热体发热，通过热辐射传递到炉内坩埚，可实现炉内温场的可控，因此石墨电阻炉生长的晶体质量高、尺寸大、可重复性强，通过加大石墨坩埚内部尺寸，可以在坩埚盖上粘贴多个籽晶，实现一炉晶体同时生长多个高质量晶体，提高生产效率。

Description

一种石墨电阻炉

技术领域

本申请涉及晶体生长技术领域，具体涉及一种石墨电阻炉。

背景技术

碳化硅单晶的发展方向是大尺寸、高良率，目前的碳化硅单晶生长中，绝大多数使用的是感应炉生长，感应炉通过感应线圈对炉腔内部石墨坩埚产生涡流发热，其缺点是温场可调性差，这样就使得生产大尺寸、高质量、重复率高的碳化硅晶体具有一定的局限性；且目前商业化生产碳化硅一次只能生长一个碳化硅晶体，一个碳化硅晶体的生长周期大约七天左右，生长效率极低。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种石墨电阻炉，能够一炉生长多个晶体，且温场可控性好，晶体质量高。

本申请实施例的一方面，提供了一种石墨电阻炉，包括石墨坩埚、与所述石墨坩埚连接的旋转装置以及设置在所述石墨坩埚外侧的加热装置，所述石墨坩埚内用于容置原料，所述石墨坩埚具有坩埚盖，所述坩埚盖的内壁上设置有多个用于放置籽晶的容置位。

可选地，所述旋转装置包括与所述石墨坩埚连接的旋转轴，以及和所述旋转轴连接的驱动器。

可选地，所述旋转轴和所述石墨坩埚之间设置有坩埚托盘，所述旋转轴和所述坩埚托盘固定，以带动所述坩埚托盘和承载的所述石墨坩埚旋转。

可选地，所述加热装置包括设置于所述石墨坩埚底部的第一加热器。

可选地，所述加热装置还包括设置于所述石墨坩埚侧面的第二加热器。

可选地，所述石墨坩埚的形状为内部空心的圆柱体，所述圆柱体的内部空腔容置原料。

可选地，所述第二加热器环设于所述石墨坩埚的外周。

可选地，还包括控制器，所述控制器分别和所述旋转装置、所述加热装置电连接。

可选地，所述原料为碳化硅粉料。

可选地，所述原料至少容置于所述石墨坩埚容积的2/3。

本申请实施例提供的石墨电阻炉，石墨坩埚内容置原料，石墨坩埚的坩埚盖的内壁上设置有多个用于放置籽晶的容置位，原料和籽晶反应可生长多个单晶，实现晶体的一炉多产，提高生产效率；石墨坩埚外侧的加热装置用于产生热场，通过热场使得石墨电阻炉内可进行可控、均匀地晶体生长，可以保证温场更加均匀；晶体生长过程中，旋转装置还带动石墨坩埚转动，实现在长晶阶段石墨坩埚的均匀旋转，使石墨坩埚受热更加均匀，长晶更加稳定。本申请实施例提供的石墨电阻炉，石墨电阻炉通过石墨坩埚发热体发热，通过热辐射传递到炉内坩埚，可实现炉内温场的可控，因此石墨电阻炉生长的晶体质量高、尺寸大、可重复性强，通过加大石墨坩埚内部尺寸，可以在坩埚盖上粘贴多个籽晶，实现一炉晶体同时生长多个高质量晶体，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实施例提供的石墨电阻炉结构示意图；

图2是本实施例提供的石墨电阻炉的坩埚盖上籽晶布置示意图。

图标：100-石墨坩埚；101-坩埚盖；101a-凸台；102-原料；103-籽晶；104-旋转轴；105-坩埚托盘；106-第一加热器；107-第二加热器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

目前的碳化硅单晶生长中采用的大多是感应炉生长，感应炉通过感应线圈对炉腔内部石墨坩埚产生涡流发热，其缺点是温场可调性差，这样就使得生产大尺寸、高质量、重复率高的碳化硅晶体具有一定的局限性；且一次只能生长一个碳化硅晶体，而一个碳化硅晶体的生长周期大约在七天左右，使得碳化硅晶体的生长效率极低。

有鉴于此，为解决上述问题，请参照图1所示，本申请实施例提供一种石墨电阻炉，包括：石墨坩埚100、与石墨坩埚100连接的旋转装置以及设置在石墨坩埚100外侧的加热装置，石墨坩埚100内用于容置原料102，石墨坩埚100具有坩埚盖101，坩埚盖101的内壁上设置有多个用于放置籽晶103的容置位。

石墨坩埚100的坩埚盖101上有多个容置位，容置位用于放置籽晶103，每个籽晶103生长为一个单晶，则多个容置位具有多个籽晶103以便生长多个单晶，石墨坩埚100的内部空腔放置原料102，用于和籽晶103反应。

示例地，如图2所示，坩埚盖101上圆周均匀分布有七个容置位，每个容置位对应一个籽晶103，则具有七个籽晶103，以便和石墨坩埚100内的原料102反应。在本申请中，容置位可为凸台101a。

同时，在石墨坩埚100外侧设置加热装置，加热装置产生热量辐射至石墨坩埚100，以对石墨坩埚100内的原料102和籽晶103加热。在加热过程中，旋转装置还带动石墨坩埚100旋转，以使加热装置能均匀加热石墨坩埚100内不同位置的原料102和籽晶103，使原料102和籽晶103均匀反应以便生长多个高质量的单晶。

示例地，原料102为碳化硅粉料，则通过碳化硅粉料和籽晶103，可生长碳化硅单晶。

并且，原料102至少容置于石墨坩埚100容积的2/3，这样一来，使得石墨坩埚100内的原料102充足，和籽晶103能够充分反应，得到饱和的、高质量的碳化硅单晶。

由此，本申请实施例提供的石墨电阻炉，石墨坩埚100内容置原料102，石墨坩埚100的坩埚盖101的内壁上设置有多个用于放置籽晶103的容置位，原料102和籽晶103反应可生长多个单晶，实现晶体的一炉多产，提高生产效率；石墨坩埚100外侧的加热装置用于产生热场，通过热场使得石墨电阻炉内可进行可控、均匀地晶体生长，可以保证温场更加均匀；晶体生长过程中，旋转装置还带动石墨坩埚100转动，实现在长晶阶段石墨坩埚100的均匀旋转，使石墨坩埚100受热更加均匀，长晶更加稳定。本申请实施例提供的石墨电阻炉，石墨电阻炉通过石墨坩埚100发热体发热，通过热辐射传递到炉内坩埚，可实现炉内温场的可控，因此石墨电阻炉生长的晶体质量高、尺寸大、可重复性强，通过加大石墨坩埚100内部尺寸，可以在坩埚盖101上粘贴多个籽晶103，实现一炉晶体同时生长多个高质量晶体，提高生产效率。

具体地，旋转装置包括与石墨坩埚100连接的旋转轴104，以及和旋转轴104连接的驱动器。驱动器提供旋转的动力，驱动器驱动旋转轴104旋转，旋转轴104带动石墨坩埚100转动。一般地，驱动器可为旋转电机等。

旋转轴104和石墨坩埚100之间设置有坩埚托盘105，旋转轴104和坩埚托盘105固定，以带动坩埚托盘105和承载的石墨坩埚100旋转。

坩埚托盘105位于石墨坩埚100下方、并和石墨坩埚100连接，坩埚托盘105用于承载石墨坩埚100。旋转轴104和坩埚托盘105固定。当旋转轴104转动时，带动坩埚托盘105以及坩埚托盘105上方的石墨坩埚100一起旋转。

对于加热装置来说，加热装置包括设置于石墨坩埚100底部的第一加热器106。换言之，在石墨坩埚100的底部设置第一加热器106，第一加热器106通过石墨坩埚100底部向石墨坩埚100辐射热量，以使石墨坩埚100内的原料102和籽晶103反应。通过石墨坩埚100底部的第一加热器106的功率输入大小，可以实现轴向温度梯度的可控，并且能够使石墨坩埚100内物料挥发更加均匀。

除此之外，加热装置还包括设置于石墨坩埚100侧面的第二加热器107，在石墨坩埚100的外侧设置第二加热器107，第二加热器107从石墨坩埚100的侧面向石墨坩埚100辐射热量，以加热石墨坩埚100。

在本申请的一个可实现的方式中，石墨坩埚100的形状为内部空心的圆柱体，圆柱体的内部空腔容置原料102。

石墨坩埚100为圆柱体结构，石墨坩埚100内部为空腔，空腔内容置原料102。这种情况下，第二加热器107环设于石墨坩埚100的外周，第二加热器107可围绕石墨坩埚100的外周一圈设置，以向石墨坩埚100提供均匀的热场。

当然，石墨坩埚100的具体结构形状并不以上述为限，石墨坩埚100也可以为其他结构形状，本领域技术人员可根据实际需要设置；例如还可以为矩形体结构，则第二加热器107可设置于矩形体的四个侧面，以从侧向辐射热量。

这样一来，通过底部的第一加热器106与侧部的第二加热器107的联动，可以实现物料的均匀挥发，通过长晶期间温场的匀速旋转，实现多个晶体的同时生长。

在此基础上，本申请实施例提供的石墨电阻炉还包括控制器，控制器分别和旋转装置、加热装置电连接。

控制器用于实现自动控制，可自动控制旋转装置、加热装置的启停，提高生产效率和自动化程度，相较于人工操作，自动化的操作更加便捷、精准。

例如，通过控制器可精准控制加热装置的加热温度、加热时间等，控制器还可精准控制旋转装置的转速等，使得加热装置对石墨坩埚100的加热均匀、可控，利于高质量单晶的生长。

具体通过本申请实施例提供的石墨电阻炉进行单晶生长时，其操作过程如下：

1、将碳化硅原料102装入到石墨坩埚100中；

2、在坩埚盖101上粘贴多个籽晶103；

3、侧面的第二加热器107输入一定的功率，使其发热，通过辐射将热量传递到石墨坩埚100；

4、通过石墨坩埚100底部的旋转轴104实现石墨坩埚100的均匀旋转，使石墨坩埚100内的原料102及籽晶103部分受热均匀；

5、通过控制输入底部的第一加热器106的功率，实现轴向温度梯度的均匀可控。

综上，本申请实施例提供的石墨电阻炉，采用石墨材质的坩埚、以石墨电阻发热的方式，通过加热装置产生的热场使得石墨电阻炉的晶体生长均匀、可控，可以保证温场更加均匀，实现高质量、大尺寸、重复率高的碳化硅晶体生产；石墨坩埚100底部的第一加热器106，通过其功率输入大小，可以实现轴向温度梯度的可控，并且能够使坩埚内物料挥发更加均匀；通过旋转装置，在长晶阶段实现坩埚的均匀旋转，使坩埚受热更加均匀，长晶更加稳定；通过在石墨坩埚100盖上粘贴多个籽晶103，并通过长晶期间热场旋转的方式，可以实现一炉生长多个碳化硅晶体，提高生产效率。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨电阻炉，其特征在于，包括：石墨坩埚(100)、与所述石墨坩埚(100)连接的旋转装置以及设置在所述石墨坩埚(100)外侧的加热装置，所述石墨坩埚(100)内用于容置原料(102)，所述石墨坩埚(100)具有坩埚盖(101)，所述坩埚盖(101)的内壁上设置有多个用于放置籽晶(103)的容置位。

2.根据权利要求1所述的石墨电阻炉，其特征在于，所述旋转装置包括与所述石墨坩埚(100)连接的旋转轴(104)，以及和所述旋转轴(104)连接的驱动器。

3.根据权利要求2所述的石墨电阻炉，其特征在于，所述旋转轴(104)和所述石墨坩埚(100)之间设置有坩埚托盘(105)，所述旋转轴(104)和所述坩埚托盘(105)固定，以带动所述坩埚托盘(105)和承载的所述石墨坩埚(100)旋转。

4.根据权利要求1所述的石墨电阻炉，其特征在于，所述加热装置包括设置于所述石墨坩埚(100)底部的第一加热器(106)。

5.根据权利要求1或4所述的石墨电阻炉，其特征在于，所述加热装置还包括设置于所述石墨坩埚(100)侧面的第二加热器(107)。

6.根据权利要求5所述的石墨电阻炉，其特征在于，所述石墨坩埚(100)的形状为内部空心的圆柱体，所述圆柱体的内部空腔容置原料(102)。

7.根据权利要求6所述的石墨电阻炉，其特征在于，所述第二加热器(107)环设于所述石墨坩埚(100)的外周。

8.根据权利要求1所述的石墨电阻炉，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别和所述旋转装置、所述加热装置电连接。

9.根据权利要求1所述的石墨电阻炉，其特征在于，所述原料(102)为碳化硅粉料。

10.根据权利要求1或9所述的石墨电阻炉，其特征在于，所述原料(102)至少容置于所述石墨坩埚(100)容积的2/3。