CN220579440U - 一种碳化硅晶体生长装置的加热结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，包括反应壳体以及设置在在反应壳体内的石墨坩埚，所述石墨坩埚与坩埚移动组件固定连接；所述石墨坩埚底部设有底部加热器，所述石墨坩埚顶部设有修饰加热器，所述底部加热器与所述修饰加热器之间设有延伸的侧部加热器：所述反应壳体上设有测温组件，本实用新型通过增加修饰加热器及修饰加热器、侧部加热器的尺寸设置，保证石墨坩埚径向温度差值减少，保持反应装置反应区温度的恒定。
Description
技术领域
本实用新型涉及碳化硅晶体技术领域，具体为一种碳化硅晶体生长装置的加热结构。
背景技术
SiC是Ⅳ-Ⅳ族二元共价化合物，在其晶体结构中每个Si(或C)原子被相邻4个C(或Si)原子包围着，它们通过定向的强四面体SP 3键结合在一起，该结构决定了SiC晶体具有很高的硬度、高的弹性模量、突出的高温稳定性和化学稳定性、优异的导热系数和抗辐射性能。因此SiC材料在很多领域例如涂层(薄膜)材料、航空航天结构材料、微电子领域、核能储备材料等方面具有广阔的发展前景。
目前工业上一般使用中频感应加热的PVT生长系统,主要由感应线圈、保温层、坩埚和坩埚装载的SiC原料与籽晶等要素构成,坩埚侧壁中感应电流产生的焦耳热是主要热源。PVT法生长SiC单晶主要包含:SiC原料分解生成气相组分、SiC气相组分在惰性氛围中输运至坩顶部的籽晶附近、SiC气相组分在籽晶上结晶后定向生长三个过程，随着晶体直径扩大,坩埚变大,热量从外向内传递所受热阻等多种原因，会导致晶体多型、基平面位错甚至开裂等缺陷增多。
在实际长晶过程中，石墨坩埚中的最高温区域处于坩埚的中下部且靠近坩埚壁，如果高温区过低，气相就可能传输不到籽晶处，而在粉源表面处结晶，影响晶体生长；如果高温区过高，就会使得粉料分解后的气相向下传输，而且会导致坩埚内的轴向温度梯度减小，同样影响晶体的生长，因此，要在长晶炉中合理设置坩埚的高度位置，保证晶体的生长需求。籽晶处中间温度低，两边温度高，这是因为热传递时从坩埚壁开始由外围向中心传导，从而形成径向温度梯度。径向温度梯度会导致晶体生长呈现“凸”形，这是因为中间温度低，使得中间位置的轴向温度梯度高于两边位置，进而籽晶中心处气相结晶快，晶体生长就快，最终导致凸形晶面。但是由于石墨坩埚也是一个碳源，气相中的硅组分会和坩埚中的碳发生反应，生成SiC2，导致坩埚壁处的SiC2分压更高，在此方面的影响下，长晶过程中的化学反应速率会从两边向中间逐渐减小，进而导致晶体表面形成一个凹面。在实际的晶体生长过程中，一般会向碳化硅粉料中掺杂一定量的活性炭以减轻对石墨坩埚的消耗，此时，气相中的硅组分便主要和活性炭发生反应，所以，在径向温度梯度和气相分压两方面的作用下，最终晶体还是呈现凸形生长。晶体的凸度过大会造成粉源材料的浪费，也会影响晶体的品质，所以在生长过程中也要控制好籽晶处的径向温度梯度，使其达到一个合适的凸度，因此亟需一款温度控制均衡的碳化硅晶体生长装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，包括反应壳体以及设置在在反应壳体内的石墨坩埚，所述石墨坩埚与坩埚移动组件固定连接；所述石墨坩埚底部设有底部加热器，所述石墨坩埚顶部设有修饰加热器，所述底部加热器与所述修饰加热器之间设有延伸的侧部加热器：所述反应壳体上设有测温组件。
可选地，所述反应壳体包括顶盖，所述顶盖上设有第一测温孔和第二测温孔；所述测温组件包括测温头以及与测温头固定连接的测温组件移动装置。
可选地，所述测温组件移动装置包括直线模组以及与直线模组相连接的移动滑块，所述移动滑块与测温头固定连接。
可选地，所述坩埚移动组件包括坩埚旋转组件和坩埚升降组件，所述坩埚升降组件用于调整坩埚在反应壳体内的位置。
可选地，所述第一测温孔的位置与修饰加热器中心位置相对应，所述第二测温孔的位置与修饰加热器边缘位置相对应。
可选地，所述第一测温孔的位置与修饰加热器中心位置相对应，所述修饰加热器上设有多个镂空槽。
可选地，所述侧部加热器的高度高于所述石墨坩埚的高度。
可选地，所述侧部加热器顶部到石墨坩埚顶部的距离范围为：180-200cm。
可选地，所述侧部加热器内侧面到石墨坩埚外侧面的距离范围为：80-85cm。
可选地，所述修饰加热器的直径大于所述石墨坩埚的直径，所述修饰加热器到石墨坩埚顶面的距离范围为230-250cm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型碳化硅晶体生长装置的加热结构，通过增加修饰加热器及修饰加热器、侧部加热器的尺寸设置，保证石墨坩埚径向温度差值减少，保持反应装置反应区温度的恒定。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1所示，一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，包括反应壳体100以及设置在在反应壳体100内的石墨坩埚200，所述石墨坩埚200与坩埚移动组件300固定连接；所述石墨坩埚200底部设有底部加热器400，所述石墨坩埚200顶部设有修饰加热器500，所述底部加热器400与所述修饰加热器500之间设有延伸的侧部加热器600：所述反应壳体100上设有测温组件700，所述石墨坩埚200外套设有保温罩，所述保温罩外设有反应壳体100，更进一步地，所述反应壳体100上设有侧开门，反应结束后可通过侧开门开启或关闭反应壳体。
所述反应壳体100包括顶盖101，所述顶盖101上设有第一测温孔102和第二测温孔103；所述测温组件700包括测温头701以及与测温头701固定连接的测温组件移动装置。所述测温组件移动装置包括直线模组702以及与直线模组702相连接的移动滑块703，所述移动滑块703与测温头701固定连接。所述第一测温孔102的位置与修饰加热器500中心位置相对应，所述第二测温孔103的位置与修饰加热器500边缘位置相对应。
需要说明的是，在晶体生长过程中，测温头701可实时对石墨坩埚的温度进行测温监控。
所述坩埚移动组件300包括坩埚旋转组件和坩埚升降组件，所述坩埚升降组件用于调整坩埚在反应壳体内的位置。
所述修饰加热器500上设有多个镂空槽。所述侧部加热器600的高度高于所述石墨坩埚200的高度。所述侧部加热器600顶部到石墨坩埚200顶部的距离范围为：180-200cm。所述侧部加热器600内侧面到石墨坩埚200外侧面的距离范围为：80-85cm。所述修饰加热器500的直径大于所述石墨坩埚200的直径，所述修饰加热器500到石墨坩埚200顶面的距离范围为230-250cm。
若修饰加热器500的直径与所述石墨坩埚200的直径的差值为H0(补充相关实验数据)：
若侧部加热器600顶部到石墨坩埚200顶部的距离为H1:
侧部加热器600顶部到石墨坩埚200顶部的距离范围为H2:
从上述实验结果可以看出，设置修饰加热器500及限定侧部加热器600的尺寸大小可以保证石墨坩埚的径向温度差在10度以内。第一测温孔102和第二测温孔103的距离88mm。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，包括反应壳体(100)以及设置在反应壳体(100)内的石墨坩埚(200)，所述石墨坩埚(200)与坩埚移动组件(300)固定连接；
所述石墨坩埚(200)底部设有底部加热器(400)，所述石墨坩埚(200)顶部设有修饰加热器(500)，所述底部加热器(400)与所述修饰加热器(500)之间设有延伸的侧部加热器(600)：
所述反应壳体(100)上设有测温组件(700)。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述反应壳体(100)包括顶盖(101)，所述顶盖(101)上设有第一测温孔(102)和第二测温孔(103)；
所述测温组件(700)包括测温头(701)以及与测温头(701)固定连接的测温组件移动装置。
3.根据权利要求2所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述测温组件移动装置包括直线模组(702)以及与直线模组(702)相连接的移动滑块(703)，所述移动滑块(703)与测温头(701)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述坩埚移动组件(300)包括坩埚旋转组件和坩埚升降组件，所述坩埚升降组件用于调整坩埚在反应壳体内的位置。
5.根据权利要求4所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述第一测温孔(102)的位置与修饰加热器(500)中心位置相对应，所述第二测温孔(103)的位置与修饰加热器(500)边缘位置相对应。
6.根据权利要求5所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述修饰加热器(500)上设有多个镂空槽。
7.根据权利要求6所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述侧部加热器(600)的高度高于所述石墨坩埚(200)的高度。
8.根据权利要求7所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述侧部加热器(600)顶部到石墨坩埚(200)顶部的距离范围为：180-200cm。
9.根据权利要求8所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述侧部加热器(600)内侧面到石墨坩埚(200)外侧面的距离范围为：80-85cm。
10.根据权利要求9所述的一种碳化硅晶体生长装置的加热结构，其特征在于，所述修饰加热器(500)的直径大于所述石墨坩埚(200)的直径，所述修饰加热器(500)到石墨坩埚(200)顶面的距离范围为230-250cm。
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