CN220827498U - 一种用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆，该籽晶杆包括压力传感器、上杆、与上杆相连接的下杆，其中，上杆中用于与下杆连接的端面上开设有用于放置压力传感器的第一安装区；下杆中用于与上杆连接的端面上开设有用于放置压力传感器的第二安装区；压力传感器安装在由第一安装区和第二安装区所围成的区域。在单晶生长时，向下缓慢移动籽晶杆，当籽晶接触到SiC熔液液面时，由于籽晶受到熔液的浮力作用，压力传感器受到的压力也会增加，进而通过压力传感器输出的压力数据的变化，可以判断籽晶是否与SiC熔液液面相接触，不需要破坏坩埚盖和上保温的结构，因此采用该籽晶杆，可以实现低应力、低缺陷密度单晶的生长。
Description
技术领域
本申请涉及于晶体生长技术领域，尤其涉及一种用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆。
背景技术
碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料的典型代表，由于其优异的综合性能，在电力电子和微波通信领域具有广阔的应用前景。
物理气相传输法(Physical Vapor Transport，PVT)是目前生长SiC单晶的主流方法，除PVT法以外，近年来又发展出一种液相法SiC单晶生长技术。该技术以Si为高温熔剂，C在Si熔液中溶解形成SiC，并在SiC籽晶上结晶生长，另外，为提高C在Si熔液中的溶解度，需要添加Cr或Sc等贵金属作为催化剂。
图1是现有技术中的一种液相法SiC单晶生长装置示意图。如图1所示，该装置主要包括中心杆1、下保温2、坩埚托3、坩埚4、侧保温5、SiC熔液6、籽晶7、籽晶托8、籽晶杆9、坩埚盖10和上保温17。上述装置中，中心杆1可带动坩埚托3和坩埚4一起转动，籽晶杆9可以上下移动。液相法生长SiC单晶的过程中，生长初期籽晶7是处于SiC熔液6液面之上的，待熔液温度到达1800℃左右并经过均匀化后，向下缓慢移动籽晶杆9，直到籽晶7接触SiC熔液6液面，之后转动坩埚4，开始晶体生长。
在上述过程中，如何判断籽晶7是否与SiC熔液6液面接触，在技术上是个难题。如图1所示，目前通常采用直接观察法来确定籽晶7的位置，但是，需要坩埚盖10和上保温17的中心孔的直径大于籽晶7的直径，才能通过观察籽晶7的边缘来判断籽晶是否与SiC熔液6液面接触。但是，这种情况下，坩埚上部散热严重，一方面会增加熔液的挥发量，另一方面增加了轴向和径向温度梯度，影响单晶生长质量。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本申请实施例提供一种用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆。
本申请实施例提供的籽晶杆包括压力传感器、上杆、与所述上杆相连接的下杆，其中：
所述上杆中用于与所述下杆连接的端面上开设有用于放置所述压力传感器的第一安装区；
所述下杆中用于与所述上杆连接的端面上开设有用于放置所述压力传感器的第二安装区；
所述压力传感器安装在由所述第一安装区和第二安装区所围成的区域。
可选地，所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，其中，
所述第一安装区和第二安装区均由两个子安装区组成，两个所述子安装区由凸起部隔开；
所述第一压力传感器和第二压力传感器分别设置在两个所述子安装区所围成的区域内，并且沿所述上杆和下杆的中轴线对称设置。
可选地，所述上杆设有突出于杆体的第一固定部，所述下杆设有突出于杆体的第二固定部，所述第一固定部和第二固定部上开设有螺纹孔，所述上杆和下杆通过插置在所述螺纹孔中的螺栓连接。
可选地，所述籽晶杆还包括石墨籽晶托和石墨连接件，其中：
所述石墨连接件的一端与所述石墨籽晶托连接、另一端与所述下杆连接。
可选地，所述石墨连接件上设有第一螺纹，所述下杆上设有与所述第一螺纹相匹配的第二螺纹。
可选地，所述上杆为不锈钢上杆、所述下杆为钼下杆，或者，所述上杆为钼上杆、所述下杆为钼下杆。
由上述实施例可见，本申请实施例提供的籽晶杆，通过将籽晶杆设计为由上杆和下杆组成的分体式结构，并且在上杆和下杆之间安装压力传感器。在单晶生长时，向下缓慢移动籽晶杆，当籽晶接触到SiC熔液液面时，由于籽晶受到SiC熔液的浮力作用，压力传感器受到的压力也会增加，进而通过压力传感器输出的压力数据的变化，可以判断籽晶是否与SiC熔液液面相接触，不需要破坏坩埚盖和上保温的结构，因此采用该新型籽晶杆，可以实现低应力、低缺陷密度SiC单晶的生长。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的一种液相法SiC单晶生长装置示意图；
图2为本申请实施例提供的用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆的基本结构示意图；
图3为图2中籽晶杆的上杆的基本结构示意图；
图4为图2中籽晶杆的下杆的基本结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图2为本申请实施例提供的用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆的基本结构示意图。如图2所示，该籽晶杆包括上杆11、与上杆11相连接的下杆12、压力传感器13、螺栓14、石墨连接件15、石墨籽晶托16。
图3为图2中籽晶杆的上杆的基本结构示意图，图4为图2中籽晶杆的下杆的基本结构示意图。如图3和4所示，上杆11中用于与下杆12连接的端面上开设有用于放置压力传感器13的第一安装区112，下杆12中用于与上杆11连接的端面上开设有用于放置压力传感器13的第二安装区122。压力传感器13安装在由第一安装区112和第二安装区122所围成的区域。
为了确保籽晶面与SiC熔液液面完全平行，本实施例中在籽晶杆中设置两个传感器，分别为第一压力传感器和第二压力传感器，对应的如图3和4所示，第一安装区112和第二安装区122也是由两个子安装区组成，两个子安装区由凸起部113、123隔开。如图2所示，第一压力传感器和第二压力传感器分别设置在两个子安装区所围成的区域内，并且沿上杆和下杆的中轴线对称设置。本实施例通过设置两个传感器，当两个传感器输出数据相等时，说明籽晶两侧受到的浮力是相等的，进而证明籽晶面与SiC熔液液面完全平行，可以确保单晶生长质量。当然，在其它实施例中，也可以设置一个压力传感器、或者多个。
如图3和4所示，为了方便将上杆11与下杆12固定在一起，本实施例在上杆11设有突出于杆体的第一固定部111，下杆12设有突出于杆体的第二固定部121，第一固定部111和第二固定部121上开设有螺纹孔，上杆11与下杆12通过插置在螺纹孔中的螺栓14连接。需要说明是，上杆11与下杆12固定方式并不限于本实施例提供的方式。
基于石墨局域热惯性小，耐高温等优点，本实施例中的籽晶托采用石墨材质制成，为了方便将石墨籽晶托16和下杆12连接在一起，在石墨籽晶托16和下杆12之间设有石墨连接件15，考虑到石墨属于脆性材料，本实施例采用螺纹的方式将石墨连接件15与下杆12连接，即在石墨连接件15上设有第一螺纹，下杆12上设有与第一螺纹相匹配的第二螺纹，当然，石墨连接件15与石墨籽晶托16也可以采用螺接方式，或者，石墨连接件15与石墨籽晶托16也可以为一体成型的结构。
在单晶生长时，将两个压力传感器的初始读数调整为第一值，将下部带有籽晶的籽晶杆缓慢下降，仔细观察左右两个压力传感器的读数；当籽晶接触液面时，籽晶受到液体的浮力作用，压力传感器的力逐渐增加，当两个压力传感器的读数达到预设值时，说明籽晶完全与液面接触。同时，仔细观察左右两个压力传感器的读数，如果两者不等，说明籽晶面与液面不完全平行。这时需要调整籽晶杆与水平方向的垂直度，当两个压力传感器的读数完全相同时，说明籽晶面与液面完全平行，此时便可以转动坩埚，开始单晶生长。本实施例提供的籽晶杆，借助压力传感器判断籽晶与SiC熔液液面的接触状态，不需要破坏坩埚盖和上保温的结构，因此采用该新型籽晶杆，可以实现低应力、低缺陷密度SiC单晶的生长。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的公开后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (6)
1.一种用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆，其特征在于，所述籽晶杆包括压力传感器、上杆、与所述上杆相连接的下杆，其中：
所述上杆中用于与所述下杆连接的端面上开设有用于放置所述压力传感器的第一安装区；
所述下杆中用于与所述上杆连接的端面上开设有用于放置所述压力传感器的第二安装区；
所述压力传感器安装在由所述第一安装区和第二安装区所围成的区域。
2.根据权利要求1所述的用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆，其特征在于，所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，其中，
所述第一安装区和第二安装区均由两个子安装区组成，两个所述子安装区由凸起部隔开；
所述第一压力传感器和第二压力传感器分别设置在两个所述子安装区所围成的区域内，并且沿所述上杆和下杆的中轴线对称设置。
3.根据权利要求1或2所述的用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆，其特征在于，所述上杆设有突出于杆体的第一固定部，所述下杆设有突出于杆体的第二固定部，所述第一固定部和第二固定部上开设有螺纹孔，所述上杆和下杆通过插置在所述螺纹孔中的螺栓连接。
4.根据权利要求1或2所述的用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆，其特征在于，所述籽晶杆还包括石墨籽晶托和石墨连接件，其中：
所述石墨连接件的一端与所述石墨籽晶托连接、另一端与所述下杆连接。
5.根据权利要求4所述的用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆，其特征在于，所述石墨连接件上设有第一螺纹，所述下杆上设有与所述第一螺纹相匹配的第二螺纹。
6.根据权利要求1所述的用于液相法碳化硅单晶生长的籽晶杆，其特征在于，所述上杆为不锈钢上杆、所述下杆为钼下杆，或者，所述上杆为钼上杆、所述下杆为钼下杆。
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