CN219526866U - 坩埚结构和晶体生长设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及晶体生长技术领域，具体而言，涉及一种坩埚结构和晶体生长设备。坩埚结构包括坩埚体，坩埚体内包括用于容纳碳化硅粉料的原料腔室；坩埚盖，坩埚盖盖设于坩埚体；以及至少两个环状装置，环状装置位于原料腔室内，环状装置的外壁均抵持在坩埚体的内壁上，环状装置的环面上均开设有多个沿轴线方向贯穿的微孔；多个环状装置沿轴线方向间隔布置；沿坩埚体到坩埚盖的方向，相邻的多个环状装置的内径具有增大趋势。如此能够对晶体生长过程中更易碳化的边缘粉料处进行针对性阻挡，来有效过滤所产生的微小碳颗粒，降低碳化硅单晶中的碳包裹物，同时能最大程度减小对正常粉料升华气氛输运的影响，提高碳化硅单晶晶体质量。

Description

坩埚结构和晶体生长设备

技术领域

本实用新型涉及晶体生长技术领域，具体而言，涉及一种坩埚结构和晶体生长设备。

背景技术

SiC是一种宽禁带、高击穿场强，高电子饱和迁移速率及高热导率的半导体材料。特别地，碳化硅作为第三代半导体的代表材料，非常适合于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成的电子器件。目前制作器件用的碳化硅单晶衬底材料一般采用PVT(物理气相传输)法生长。

SiC粉体是PVT法生长SiC单晶的原料，粉体的粒度、晶型、纯度等状态会直接影响SiC单晶晶体质量，从而影响SiC单晶的电学性质乃至对后续制作的器件质量都有一定影响。另外，晶体生长过程中粉料的升华和气相SiC在粉料中的输运同样对SiC单晶晶体质量有着重要影响。

特别的，在长晶过程中，由于趋肤效应的存在，靠近石墨坩埚的粉料首先被石墨化。随着长晶时间的推移，石墨化现象越来越严重，留存在坩埚中的细小碳颗粒较容易地跟随在升华地气相中沉积在晶锭中，形成碳包裹物缺陷，进而诱发微管等缺陷的产生，严重影响晶体质量。

因此，如何有效地对粉料中产生的碳颗粒进行阻挡，同时对正常气氛输运影响降低到最小显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的包括，例如，提供了一种坩埚结构和晶体生长设备，其能够对晶体生长过程中更易碳化的边缘粉料处进行针对性阻挡，来有效过滤所产生的微小碳颗粒，降低碳化硅单晶中的碳包裹物，同时能最大程度减小对正常粉料升华气氛输运的影响，提高碳化硅单晶晶体质量。

本实用新型的实施例可以这样实现：

第一方面，本实用新型提供一种坩埚结构，包括：

坩埚体，所述坩埚体内包括沿轴线方向依次设置的生长腔室和原料腔室，所述生长腔室位于所述原料腔室上方；所述原料腔室用于容纳碳化硅粉料，所述生长腔室用于容纳籽晶；

坩埚盖，所述坩埚盖盖设于所述坩埚体；

以及至少两个环状装置，所述环状装置位于所述原料腔室内，所述环状装置的外壁均抵持在所述坩埚体的内壁上，所述环状装置的环面上均开设有多个沿轴线方向贯穿的微孔；

多个所述环状装置沿轴线方向间隔布置；沿所述坩埚体到所述坩埚盖的方向，相邻的两个所述环状装置中，远离所述坩埚盖的环状装置的内径小于靠近所述坩埚盖的环状装置的内径。

本申请实施例的坩埚结构的坩埚体中设置的至少两个环状装置，两个环状装置均位于原料腔室内，且相邻的两个环状装置中，远离坩埚盖的环状装置的内径小于靠近坩埚盖的环状装置的内径，可以随边缘粉料的碳化区域沿坩埚体到坩埚盖的方向上缩小，而进行适应性地阻挡，从而减少碳化颗粒跟随在升华地气相中沉积在晶锭中，形成碳包裹物缺陷，进而诱发微管等缺陷的产生，而严重影响晶体质量的情况。具体的，环状装置的外壁与坩埚体的内壁是紧密的贴合的，如此能够使得环状装置的环面能够对靠近坩埚内壁的易碳化的粉料全方位地阻挡，使得粉料仅能够从环状装置的环心和微孔中通过，避免部分碳化粉料从坩埚内壁处的散逸至晶锭；而环状装置的中心为沿坩埚体轴线延伸的环心，该环心不影响粉料的自由升华上升，从而有利于保障碳化硅晶体的成型；同时环状装置上的环面上开设的多个微孔也能够保障位于环面下方的粉料能够升华上升以形成碳环硅晶体，而由于微孔的孔径较小，因此能够减缓粉料气氛上升的速度，同一环面上的微孔之间的孔壁也能够阻挡部分碳化颗粒的移动。即环状装置的环心能够保障粉料气氛自由上升以形成晶体，环状装置的环面能够阻挡靠近坩埚体内壁的形成的碳颗粒，同时环面上的微孔还能够使得粉料气氛通过微孔上升形成晶体，最终有效地对粉料中产生的碳颗粒进行阻挡，同时对正常气氛输运影响降低到最小。综上，这样的坩埚结构具有结构简单、操作方便，通过简单的改进能够明显提升碳化硅晶体的生长效率，因此具有出众的经济效益。

在可选的实施方式中，沿所述坩埚体到所述坩埚盖的方向，相邻的多个所述环状装置的微孔具有减小的趋势。

在可选的实施方式中，沿所述坩埚体的轴线方向，相邻的两个所述环状装置中，远离所述坩埚盖的环状装置的微孔孔径大于靠近所述坩埚盖的微孔的孔径。

在可选的实施方式中，所述环状装置为石墨环。

在可选的实施方式中，所述微孔周向均布地设置在所述环状装置上。

在可选的实施方式中，所述微孔的孔径为5-20μm。

在可选的实施方式中，所述环状装置的表面均沉积有难熔金属的碳化物的镀层。

在可选的实施方式中，所述镀层的厚度为5-15μm。

在可选的实施方式中，沿轴线方向，多个所述环状装置的厚度均相同。

第二方面，本实用新型提供一种晶体生长设备，包括：

坩埚结构，所述坩埚结构包括：坩埚体；坩埚盖，所述坩埚盖盖设于所述坩埚体；以及至少两个环状装置，所述环状装置的外壁均抵持在所述坩埚体的内壁上，所述环状装置的环面上均开设有多个沿轴线方向贯穿的微孔；多个所述环状装置沿轴线方向间隔布置；沿所述坩埚体到所述坩埚盖的方向，相邻的两个所述环状装置中，远离所述坩埚盖的环状装置的内径小于靠近所述坩埚盖的环状装置的内径；

保温毡，设置在所述坩埚结构的外侧，用于包裹所述坩埚结构；

加热装置，设置在所述保温毡的外侧，用于加热所述保温毡，且用于对所述坩埚结构加热。

这样的晶体生长设备能够有效降低晶体中碳包裹体等缺陷密度，提高SiC单晶质量。对于大批量、低成本、粉料高效利用和高质量晶体的制备具有重要的现实意义。

本实用新型实施例的有益效果包括，例如：

本申请实施例的坩埚结构包括坩埚体，盖设于坩埚体的坩埚盖，以及至少两个环状装置，环状装置位于原料腔室内。沿坩埚体到坩埚盖的方向，相邻的两个所述环状装置中，远离所述坩埚盖的环状装置的内径小于靠近所述坩埚盖的环状装置的内径。环状装置具有多个轴线方向的微孔，且环状装置的外壁抵持在坩埚体内侧。环状装置的环面能够有效地碳化颗粒进行阻挡，而环状装置的环面上开设的微孔仅能够用于碳化硅气氛通过，如此使得环面一方面能够对碳化颗粒进行阻挡，降低碳化硅单晶汇总的碳包裹物；同时能最大程度减小对正常粉料升华气氛输运的影响，提高碳化硅单晶晶体质量。综上，这样的坩埚结构具有结构简单、操作方便，通过简单的改进能够明显提升碳化硅晶体的生长效率和生长品质。此外，通过设置相邻的两个环状装置中，远离坩埚盖的环状装置的内径小于靠近坩埚盖的环状装置的内径，可以随边缘粉料的碳化区域沿坩埚体到坩埚盖的方向上缩小，而进行适应性地阻挡。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，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为本实用新型实施例的坩埚结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的坩埚结构的第一环状装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的坩埚结构的第二环状装置的结构示意图。

图标：10-坩埚结构；100-坩埚体；101-高温线；102-生长腔室；103-原料腔室；200-坩埚盖；300-籽晶盖；400-环状装置；401-微孔；410-第一环状装置；420-第二环状装置；20-粉料。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型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，若出现术语“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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

SiC是一种宽禁带、高击穿场强，高电子饱和迁移速率及高热导率的半导体材料。特别地，碳化硅作为第三代半导体的代表材料，非常适合于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成的电子器件。目前制作器件用的碳化硅单晶衬底材料一般采用PVT(物理气相传输)法生长。

SiC粉体是PVT法生长SiC单晶的原料，粉体的粒度、晶型、纯度等状态会直接影响SiC单晶晶体质量，从而影响SiC单晶的电学性质乃至对后续制作的器件质量都有一定影响。另外，晶体生长过程中粉料的升华和气相SiC在粉料中的输运同样对SiC单晶晶体质量有着重要影响。

特别的，在长晶过程中，由于趋肤效应的存在，靠近石墨坩埚的粉料首先被石墨化。随着长晶时间的推移，石墨化现象越来越严重，留存在坩埚中的细小碳颗粒较容易地跟随在升华地气相中沉积在晶锭中，形成碳包裹物缺陷，进而诱发微管等缺陷的产生，严重影响晶体质量。

现有技术中，公开号为CN113789572A的中国专利公开了使用多根螺旋状的多孔石墨管，通过置于粉料内对碳颗粒等杂质进行阻挡，虽然弯折错位的方式能够起到很好的阻挡过滤效果，同时多个通气孔也方便过滤后的气体输运，但多根石墨管会严重影响坩埚内热场的分布，影响工艺稳定性和晶体质量。

公开号为CN114059154A的中国专利公开了另外一种降低碳包裹物的方法，即在碳化硅籽晶与碳化硅粉之间设置多层石墨挡盘(至少两层)，将两者之间的通道分隔为若干个S形相连的连通通道。该实用新型利用含有微小碳颗粒的气氛在连通通道流动中，特别是在转弯处微小碳颗粒受到的阻力较气体大，而在转弯处沉积的方法，达到减少碳化硅单晶中包裹物的目的，但正是这种结构，拉长了正常气氛向籽晶处的输运距离，同时，石墨盘的存在也会在坩埚内作为发热体，影响粉料表面与籽晶面的温度梯度，不仅会降低晶体生长速率，同时会影响到碳化硅晶体质量。

因此，如何有效地对粉料中产生的碳颗粒进行阻挡，同时对正常气氛输运影响降低到最小显得尤为重要。

为改善上述技术问题，在下面的实施例中提供一种坩埚结构10和晶体生长设备。

请参考图1，本实施例提供了一种坩埚结构10，包括：

坩埚体100，坩埚体100内包括沿轴线方向依次设置的生长腔室102和原料腔室103，生长腔室102位于原料腔室103上方；原料腔室103用于容纳碳化硅粉料20，生长腔室102用于容纳籽晶；

坩埚盖200，坩埚盖200盖设于坩埚体100；

以及至少两个环状装置400，环状装置400位于原料腔室103内，环状装置400的外壁均抵持在坩埚体100的内壁上，环状装置400的环面上均开设有多个沿轴线方向贯穿的微孔401；

多个环状装置400沿轴线方向间隔布置；沿坩埚体100到坩埚盖200的方向，相邻的两个所述环状装置400中，远离所述坩埚盖的环状装置400的内径小于靠近所述坩埚盖的环状装置400的内径。

需要说明的是，根据中频线圈感应加热原理，围绕加热线圈向外发散一圈磁场，当磁场作用在坩埚体和坩埚内粉料时，会在粉料中形成高温线，即在该高温线确定的水平方向上，原料温度最高，粉料边缘碳化也是最严重的。而沿坩埚体到坩埚盖方向，作用于粉料上的温度降低，随之边缘粉料发生碳化的区域也缩小，即更远离粉料中心。

基于此，本申请实施例中，通过在沿坩埚体100到坩埚盖200的方向，在相邻的两个所述环状装置中，设置远离所述坩埚盖的环状装置的内径小于靠近所述坩埚盖的环状装置的内径，可以随边缘粉料的碳化区域沿坩埚体到坩埚盖的方向上缩小，而进行适应性地阻挡，从而减少碳化颗粒跟随在升华地气相中沉积在晶锭中，形成碳包裹物缺陷，进而诱发微管等缺陷的产生，而严重影响晶体质量的情况。

进一步地，环状装置400的外壁与坩埚体100的内壁是紧密的贴合的，如此能够使得环状装置400的环面能够对靠近坩埚内壁的易碳化的粉料20全方位地阻挡，使得粉料20仅能够从环状装置400的环心和微孔401中通过，避免部分碳化粉料20从坩埚内壁处的散逸至晶锭；而环状装置400的中心为沿坩埚体100轴线延伸的环心，该环心不影响粉料20的自由升华上升，从而有利于保障碳化硅晶体的成型；同时环状装置400上的环面上开设的多个微孔401也能够保障位于环面下方的粉料20能够升华上升以形成碳环硅晶体，而由于微孔401的孔径较小，因此能够减缓粉料20气氛上升的速度，同一环面上的微孔401之间的孔壁也能够阻挡部分碳化颗粒的移动。

即环状装置400的环心能够保障粉料20气氛自由上升以形成晶体，环状装置400的环面能够阻挡靠近坩埚体100内壁的形成的碳颗粒，同时环面上的微孔401还能够使得粉料20气氛通过微孔401上升形成晶体，最终有效地对粉料20中产生的碳颗粒进行阻挡，同时对正常气氛输运影响降低到最小。综上，这样的坩埚结构10通过优化坩埚内结构，即在粉料20内靠近坩埚内壁置入多孔石墨环(至少两层)，对晶体生长过程中更易碳化的边缘粉料20处进行针对性阻挡，来有效过滤所产生的微小碳颗粒，降低碳化硅单晶中的碳包裹物，同时能最大程度减小对正常粉料20升华气氛输运的影响，提高碳化硅单晶晶体质量。

需要说明的是，相较于对比文件(CN114059154A)中将石墨挡盘设置在生长腔室的方案，本申请实施例的坩埚结构10将环状装置400设置在原料腔室103内。在使用过程中，环状装置400位于碳化硅粉料20中，这样能够更加直接高效地对粉料20中产生的碳颗粒进行阻挡。

请继续参阅图1至图3，以了解坩埚结构10的更多结构细节。在本实施例中，坩埚体100、坩埚盖200均为圆柱形结构。坩埚盖200的中央具有用于布置籽晶的籽晶台，该籽晶台位于坩埚盖200内侧，朝向坩埚体100底部方向。

需要说明的是，环状装置400均用于位于在坩埚体100的粉料20之中。关于环状装置400与坩埚体100的连接关系，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计，这里不作具体限制，示例地，环状装置400可以通过抵靠设置在坩埚体100内壁上的凸台，以使环状装置400与坩埚体100可拆卸连接，还可以是环状装置400与坩埚体100焊接连接等等，以适用于不同的实际情况，这里仅仅是个示例。

可选的，本环状装置400为多孔石墨环。即环状装置400整体为石墨材料制成的圆环状板件。

进一步的，多个环状装置400均为同心布置。同心布置的多个环状装置400能够在轴线方向实现对粉料20中产生的碳颗粒进行均匀、持续地阻挡。因为沿轴线方向相邻的两个环状装置400中，位于下方的环状装置400的内径更小，其具有环面面积更大，能够阻挡更多的碳颗粒；随着气氛上升，采用位于上方的具有更大内径、更小环面面积的环状装置400，如此能够实现保障气氛持续上升的同时，能够继续对碳颗粒进行阻挡。相较于偏心布置的多个环状装置400的方案，同心布置的多个环状装置400则能够确保气氛上升更加平稳，对碳颗粒能够持续递进地阻挡，从而有效过滤所产生的微小碳颗粒，降低碳化硅单晶中的碳包裹物，进而提高碳化硅单晶晶体品质。

可选的，多个环状装置400中，不同环状装置400的微孔的孔径不同。如此，可以实现碳化硅粉料20中分粒径、分孔径阻挡碳杂质。

在一些实施例中，沿所述坩埚体100到所述坩埚盖200的方向，相邻的两个环状装置400中，远离坩埚盖200的环状装置400的微孔401孔径大于靠近坩埚盖200的微孔401的孔径。

需要说明的是，在高温线处产生大量碳颗粒杂质，通过一层环状装置400阻挡后，升华到上部的杂质经过滤，还可能存在粒径更小的杂质。为了更充分地进行阻挡，本实施例通过沿坩埚体100到坩埚盖200的方向，设置相邻的两个环状装置400中，远离坩埚盖200的环状装置400的微孔401孔径大于靠近坩埚盖200的微孔401的孔径，可以使得多个间隔设置的环状装置400能够更能精准、且更有效地对不同粒径碳杂质进行阻挡，从而有效降低甚至避免晶体内碳包裹物的形成。

可选的，环状装置400的内环壁的正投影均位于籽晶盖300上。

从图1中还可以看出，本实施例中的坩埚结构10包括两个环状装置400，这里分别命名为第一环状装置410和第二环状装置420。其中，第二环状装置420平行地设置在第一环状装置410的上方，且第一环状装置410和第二环状装置420的外径相同，第二环状装置420的内径大于第一环状装置410的内径。

关于环状装置400数量关系，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计，这里不作具体限制，示例地，环状装置400可以并且可以根据降低碳包裹物效果对多孔石墨环个数进行调节，以适用于不同的实际情况，这里仅仅是个示例。

进一步的，在本实用新型的本实施例中，沿坩埚体100的轴线方向，位于最下方的环状装置400被布置于坩埚结构10的高温线101处。即第一环状装置410位于坩埚结构10的高温线101处。

需要说明的是，根据以往研究，所使用的长晶炉大多属于感应线圈加热方式，中频感应加热炉的传热是由外向内，在晶体生长过程中，靠近坩埚的粉料20边缘温度要高于中心区域，因此在生长结束后，余料边缘发生明显的石墨化现象，而中心区域仍为结晶态。因此，微小碳颗粒的形成主要发生在粉料20边缘碳化区域，该区域向粉料20中心延伸最大直径处即为该反应炉高温线101处。

具体的，根据中频线圈感应加热原理，围绕线圈向外发散一圈磁场，当磁场作用在坩埚和坩埚内粉料20时，在粉料20内部呈现圆弧状的加热等温线贯穿于粉料20顶部到底部，并在圆弧最大半径处，最接近料面正中心。此最大半径处又被称为粉料20高温线101，即在该水平线上，原料温度最高。同时，为了满足碳化硅粉料20升华的有效梯度，高温线101一般处于粉料20高度的一半处。同时在该水平线上，粉料20的碳化也是最严重的。因此，为了阻挡碳化后石墨微颗粒同升华气氛向上输运，在本申请实施例中，在此处(高温线101)本案放入一个环状装置400(内径较小的第一环状装置410)。

在本实用新型的本实施例中，沿坩埚体100到坩埚盖200的方向，相邻的多个环状装置400的微孔401具有减小的趋势。

因为在高温线101处放置的第一环状装置410的多孔石墨环虽然能较大程度的阻挡晶体生长过程中粉料20中碳杂质的挥发扩散，但考虑到正常粉料20气氛的升华，第一环状装置410的微孔401的孔径并不能过小；如此使得第一环状装置410能够将大部分较大粒径的碳杂质被阻挡，但粒径小于第一环状装置410的微孔401的孔径的碳杂质仍可能夹杂在正常气氛中向上输运，因此，本实施例在接近料面处，即在高温线101与料面距离2/3处放置另外一个多孔石墨环(即第二环状装置420)，该第二环状装置420具有微孔401的孔径更小，环面的内径更大的特点。

如此，第一环状装置410和第二环状装置420在碳化硅粉料20中分粒径、分孔径地对石墨环进行阶梯式放置来阻挡碳杂质的方法，相比前述对比案例置于料面进行覆盖的方法，更能精准、有效地对不同粒径碳杂质进行阻挡，从而有效降低甚至避免晶体内碳包裹物的形成。

进一步的，从图2和图3中还可以看出，在本实用新型的本实施例中，微孔401周向均布地设置在环状装置400上。可选的，微孔401的孔径为5-20μm。

多个周向均布的微孔401能够使得环状装置400的环面在阻挡碳颗粒的同时，还能够便于气氛顺利通过，从而便于单晶硅的顺利生长。

从图中还可以看出，在本实用新型的本实施例中，沿轴线方向，多个环状装置400的厚度均相同。厚度相同的环状装置400在便于加工制作的同时，能够保障微孔401方向上气氛的行程，避免上升行程过长而影响单晶硅的生长。

在本实用新型的本实施例中，环状装置400的表面均沉积有难熔金属的碳化物的镀层。可选的，镀层的厚度为5-15μm。需要说明的是，难熔金属是指熔点超过3632°F并具有一定储量的金属,难熔金属有钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛。这样的碳化物镀层能够保障环状装置400在坩埚体100内壁高温的影响下依然具有稳定地形状，且环状装置400的微孔401也能够保持预设的形状，从而确保环状装置400过滤碳颗粒和保障气氛顺利通过的功能。

使用时：

1)将碳化硅粉料20加入坩埚内，加入到一定高度后放入第一环状装置410(内径较小)；

2)随后继续加入碳化硅粉料20，再加入一定厚度后再放入一个第二环状装置420(内径较大)；

3)随后继续将碳化硅粉料20均匀铺到最上层，然后将粉料20压实，降低原料中大的空隙率。

随后对装有碳化硅粉料20进行预烧处理，一方面促使其整体烧结在一起，特别是表面粉料20的烧结，实现对微小碳颗粒的自阻挡，另一方面可降低原料的杂质含量。

第二方面，本实用新型提供一种晶体生长设备，包括：

坩埚结构10，坩埚结构10包括：坩埚体100；坩埚盖200，坩埚盖200盖设于坩埚体100；以及至少两个环状装置400，环状装置400的外壁均抵持在坩埚体100的内壁上，环状装置400的环面上均开设有多个沿轴线方向贯穿的微孔401；多个环状装置400沿轴线方向间隔布置；沿坩埚体100到坩埚盖200的方向，相邻的两个环状装400中，远离所述坩埚盖200的环状装置400的内径小于靠近所述坩埚盖的环状装置400的内径；

保温毡，设置在坩埚结构10的外侧，用于包裹坩埚结构10；

加热装置，设置在保温毡的外侧，用于加热保温毡，且用于对坩埚结构10加热。

这样的晶体生长设备能够有效降低晶体中碳包裹体等缺陷密度，提高SiC单晶质量。对于大批量、低成本、粉料20高效利用和高质量晶体的制备具有重要的现实意义。

本申请同时基于上述晶体生长设备设计了一种降低碳化硅晶体碳包裹，提高晶体质量的装炉方法，包括以下步骤：

1.制备碳化硅颗粒：通过高温直接合成法制备晶粒粒度为0.1～1.0mm的碳化硅单晶粒；

2.坩埚内深度为300mm，所装粉料20总体高度为200mm，在加入粉料20距离坩埚底部60-90mm处，为该坩埚结构10的高温线101处，放入一个外径260mm、内径120-140mm，厚度为10mm的多孔石墨环(即环状装置400，下文不再赘述)，石墨环内布满了上下贯通的微孔401，孔径约为5-20μm；

3.继续装入碳化硅粉料20，当距离底部深度160-180mm处，放入多孔石墨环，其外径为260mm、内径80-100mm，厚度仍为10mm。

4.继续加入粉料20，进行压实。

5.对已装炉的原料进行预烧处理。

综上，本实用新型实施例提供了一种坩埚结构10和晶体生长设备，至少具有以下优点：

本申请实施例通过在粉料20边缘放置多孔石墨环，能够有针对性的对粉料20边缘碳化部分进行碳颗粒的阻挡，这样既能有效降低碳化硅晶体内碳包裹物密度，又减少了对正常粉料20升华气氛的负面影响。因此本申请实施例可有效降低晶体中碳包裹体等缺陷密度，提高SiC单晶质量。该发明对于大批量、低成本、粉料20高效利用和高质量晶体的制备具有重要的现实意义。根据长晶粉料20边缘碳化程度(向中心扩展深度)，有针对性的在高温线101及以上部位放置不同内径的多孔石墨环，对微小碳颗粒进行精准阻挡。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种坩埚结构，其特征在于，包括：

坩埚体(100)，所述坩埚体(100)内包括沿轴线方向依次设置的生长腔室(102)和原料腔室(103)，所述生长腔室(102)位于所述原料腔室(103)上方；所述原料腔室(103)用于容纳碳化硅粉料(20)，所述生长腔室(102)用于容纳籽晶；

坩埚盖(200)，所述坩埚盖(200)盖设于所述坩埚体(100)；

以及至少两个环状装置(400)，所述环状装置(400)位于所述原料腔室(103)内，所述环状装置(400)的外壁均抵持在所述坩埚体(100)的内壁上，所述环状装置(400)的环面上均开设有多个沿轴线方向贯穿的微孔(401)；

多个所述环状装置(400)沿轴线方向间隔布置；沿所述坩埚体(100)到所述坩埚盖(200)的方向，相邻的两个所述环状装置(400)中，远离所述坩埚盖的环状装置(400)的内径小于靠近所述坩埚盖(200)的环状装置(400)的内径。

2.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于：

沿所述坩埚体(100)到所述坩埚盖(200)的方向，相邻的两个所述环状装置(400)中，远离所述坩埚盖(200)的环状装置(400)的微孔(401)孔径大于靠近所述坩埚盖(200)的微孔(401)的孔径。

3.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于：

沿所述坩埚体(100)的轴线方向，位于最下方的所述环状装置(400)被布置于所述坩埚结构的高温线(101)处。

4.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于：

所述环状装置(400)为石墨环。

5.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于：

所述微孔(401)周向均布地设置在所述环状装置(400)上。

6.根据权利要求5所述的坩埚结构，其特征在于：

所述微孔(401)的孔径为5-20μm。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的坩埚结构，其特征在于：

所述环状装置(400)的表面均沉积有难熔金属的碳化物的镀层。

8.根据权利要求7所述的坩埚结构，其特征在于：

所述镀层的厚度为5-15μm。

9.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于：

沿轴线方向，多个所述环状装置(400)的厚度均相同。

10.一种晶体生长设备，其特征在于，包括：

坩埚结构，所述坩埚结构包括：坩埚体(100)；坩埚盖(200)，所述坩埚盖(200)盖设于所述坩埚体(100)；以及至少两个环状装置(400)，所述环状装置(400)的外壁均抵持在所述坩埚体(100)的内壁上，所述环状装置(400)的环面上均开设有多个沿轴线方向贯穿的微孔(401)；多个所述环状装置(400)沿轴线方向间隔布置；沿所述坩埚体(100)到所述坩埚盖(200)的方向，相邻的两个所述环状装置(400)中，远离所述坩埚盖(200)的环状装置(400)的内径小于靠近所述坩埚盖的环状装置(400)的内径；

保温毡，设置在所述坩埚结构的外侧，用于包裹所述坩埚结构；

加热装置，设置在所述保温毡的外侧，用于加热所述保温毡，且用于对所述坩埚结构加热。