CN115821391A - 一种液相法生长碳化硅热场及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳化硅热场技术领域,具体涉及一种液相法生长碳化硅热场及其工作方法,本液相法生长碳化硅热场包括:单晶炉体、升降加热机构、石英套筒、发热筒和坩埚;坩埚、发热筒、石英套筒、升降加热机构从内至外依次设置;单晶炉体的底部设置有抽真空室,且抽真空室与单晶生长室连通,以对单晶生长室抽真空;坩埚的上方设置有上隔热层,坩埚的下方设置有下隔热层;升降加热机构透过石英套筒对发热筒及坩埚电磁感应加热,且升降加热机构根据坩埚内碳化硅单晶生长状况调节温度梯度;本发明通过设置升降加热机构能够调整单晶生长过程中温度梯度,能够增强单晶生长的稳定性,同时石英套筒与发热筒之间进行隔热,保障热场在使用期间的安全性。
Description
技术领域
本发明属于碳化硅热场技术领域,具体涉及一种液相法生长碳化硅热场及其工作方法。
背景技术
碳化硅(SiC)作为重要的第三代半导体材料,具有热导率高、功率大、耐高温、抗辐射等优异的性能,主要应用于智能电网、电动汽车、高速列车、先进雷达等领域,是各个国家优先发展的重要材料。新型的液相法碳化硅单晶制备技术,能克服传统气相法(PVT法)制备的碳化硅衬底位错密度高的缺点,获得更高质量SiC单晶衬底。目前对液相法碳化硅单晶生长技术的研究正成为热点。
液相法生长SiC晶体时,将硅和助溶剂装入石墨坩埚中加热熔化,硅溶液溶解石墨中的碳形成含碳的硅溶液,再SiC籽晶浸入溶液中,使得籽晶附近过冷获得碳过饱和状态,碳析出在籽晶上外延生长SiC单晶。在这个过程当中,SiC单晶的生长速度过于缓慢,单晶质量稳定性较差,单晶炉的装置和配套的热场稳定性直接影响到晶体生长状态的的优良和速度的快慢,而晶体生长状态的的优良对碳化硅单晶所呈现出来的缺陷具有直接的关系,所以保证液相法生长碳化硅晶体的装置和配套的热场的质量是重中之重,其安全性能也是必然不可忽视的一个重要方面。
因此,亟需开发一种新的液相法生长碳化硅热场及其工作方法,以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种液相法生长碳化硅热场及其工作方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种液相法生长碳化硅热场,其包括:单晶炉体、升降加热机构、石英套筒、发热筒和坩埚;其中所述单晶炉体内开设有单晶生长室,以用于安装所述坩埚,且所述坩埚、发热筒、石英套筒、升降加热机构从内至外依次设置;所述单晶炉体的底部设置有抽真空室,且所述抽真空室与单晶生长室连通,以对所述单晶生长室抽真空;所述坩埚的上方设置有上隔热层,所述坩埚的下方设置有下隔热层;所述升降加热机构透过石英套筒对发热筒及坩埚电磁感应加热,且所述升降加热机构根据坩埚内碳化硅单晶生长状况调节温度梯度。
进一步,所述升降加热机构包括:升降线圈柱和线圈;所述线圈活动安装在升降线圈柱上;所述升降线圈柱调节线圈的高度位置,以调节所述单晶生长室内温度梯度。
进一步,所述单晶炉体的不锈钢侧壁中设置水冷夹层,以进行隔热。
进一步,所述单晶炉体的外侧壁上贴装有铝膜,以隔绝电磁信号。
进一步,所述石英套筒与发热筒中填装有隔热材料,所述石英套筒阻碍隔热材料的毛沾到线圈。
进一步,所述单晶炉体的顶部设置有密封盖,所述单晶炉体外设置有升降旋转支撑柱,且所述升降旋转支撑柱的活动部通过提拉板连接密封盖;所述升降旋转支撑柱驱动提拉板将密封盖打开或关闭。
进一步,所述坩埚的顶部设置有坩埚上盖,且所述坩埚上盖的两端分别呈斜面设置,以与所述坩埚相贴合。
进一步,所述密封盖的顶部设置激光雷达,所述密封盖、上隔热层、坩埚上盖均开设有相应检测孔,且各所述检测孔均位于激光雷达的检测路径上,以使所述激光雷达检测坩埚中液面位置。
进一步,所述下隔热层通过坩埚轴活动支撑坩埚。
另一方面,本发明提供一种采用如上述的液相法生长碳化硅热场的工作方法,其包括:在单晶炉体内开设单晶生长室,以用于安装坩埚,且坩埚、发热筒、石英套筒、升降加热机构从内至外依次设置;在单晶炉体的底部设置抽真空室,且抽真空室与单晶生长室连通,以对单晶生长室抽真空;在坩埚的上方设置上隔热层,在坩埚的下方设置下隔热层;由升降加热机构透过石英套筒对发热筒及坩埚电磁感应加热,且升降加热机构根据坩埚内碳化硅单晶生长状况调节温度梯度。
本发明的有益效果是,本发明通过设置升降加热机构能够调整单晶生长过程中温度梯度,能够增强单晶生长的稳定性,同时石英套筒与发热筒之间进行隔热,保障热场在使用期间的安全性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式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,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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是本发明的液相法生长碳化硅热场的结构图;
图2是本发明的升降加热机构的结构图;
图3是本发明的升降旋转支撑柱的结构图;
图4是本发明的激光雷达的结构图;
图5是本发明的液相法生长碳化硅热场的工作方法的工作流程图。
图中:
1、单晶炉体;101、单晶生长室;102、抽真空室;103、不锈钢侧壁;104、水冷夹层;105、进水口;106、出水口;2、升降加热机构;201、升降线圈柱;202、线圈;3、石英套筒;4、发热筒;5、坩埚;501、坩埚上盖;6、上隔热层;7、下隔热层;8、密封盖;9、升降旋转支撑柱;10、提拉板;11、激光雷达;12、坩埚轴;13、检测孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
实施例1
在本实施例中,如图1至图4所示,本实施例提供了一种液相法生长碳化硅热场,其包括:单晶炉体1、升降加热机构2、石英套筒3、发热筒4和坩埚;其中所述单晶炉体1内开设有单晶生长室101,以用于安装所述坩埚5,且所述坩埚5、发热筒4、石英套筒3、升降加热机构2从内至外依次设置;所述单晶炉体1的底部设置有抽真空室102,且所述抽真空室102与单晶生长室101连通,以对所述单晶生长室101抽真空;所述坩埚5的上方设置有上隔热层6,所述坩埚5的下方设置有下隔热层7;所述升降加热机构2透过石英套筒3对发热筒4及坩埚5电磁感应加热,且所述升降加热机构2根据坩埚5内碳化硅单晶生长状况调节温度梯度。
在本实施例中,抽真空室102设置在单晶炉体1的下方,通过排气孔与单晶生长室101连通,一方面给抽出来的挥发物一定的缓冲,同时达到负压的目的,同时抽真空室102处于最下面也方便清理维修。
在本实施例中,本实施例通过设置升降加热机构2能够调整单晶生长过程中温度梯度,能够增强单晶生长的稳定性,同时石英套筒3与发热筒4之间进行隔热,保障热场在使用期间的安全性。
在本实施例中,所述升降加热机构2包括:升降线圈柱201和线圈202;所述线圈202活动安装在升降线圈柱201上;所述升降线圈柱201调节线圈202的高度位置,以调节所述单晶生长室101内温度梯度。
在本实施例中,线圈202放置于单晶炉体1的内部,与可升降的升降线圈柱201相配合连接,在生长的过程中可通过升降线圈柱201调节线圈202的位置拉大温度梯度,达到快速生长的作用。
在本实施例中,所述单晶炉体1的不锈钢侧壁103中设置水冷夹层104,以进行隔热。
在本实施例中,所述单晶炉体1的外侧壁上贴装有铝膜,以隔绝电磁信号。
在本实施例中,单晶炉体1的底部开设有连通水冷夹层104的进水口105,单晶炉体1的顶部开设有连通水冷夹层104的出水口106。
在本实施例中,单晶炉体1采用316不锈钢夹层炉体,单晶炉体1不受电磁加热,最外侧的铝膜将将单晶炉体1内部的电磁信号隔绝,节省能源消耗以及增加其安全性,水冷夹层104通入冷却水保障单晶炉体1处于在20℃左右的温度状态下。
在本实施例中,所述石英套筒3与发热筒4中填装有隔热材料,所述石英套筒3阻碍隔热材料的毛沾到线圈202。
在本实施例中,单晶生长室101周围的隔热材料,选择采用石英套筒3包裹隔热材料,防止隔热材料的毛沾到线圈202上造成打火的危险。
在本实施例中,所述单晶炉体1的顶部设置有密封盖8,所述单晶炉体1外设置有升降旋转支撑柱9,且所述升降旋转支撑柱9的活动部通过提拉板10连接密封盖8;所述升降旋转支撑柱9驱动提拉板10将密封盖8打开或关闭。
在本实施例中,开炉时候,升降旋转支撑柱9通过提拉板10将密封盖8升高旋转至一侧,极大的方便清理与安装。
在本实施例中,所述坩埚5的顶部设置有坩埚上盖501,且所述坩埚上盖501的两端分别呈斜面设置,以与所述坩埚5相贴合。
在本实施例中,单晶生长室101固定不动,内部分体式的坩埚5采用上盖下埚,连接处采用斜面,避免内部挥发蒸汽物过多的从盖和埚缝隙间溢出,能够大大提高外部绝热层的使用寿命,同时增加热场的稳定性,降低成本。
在本实施例中,所述密封盖8的顶部设置激光雷达11,所述密封盖8、上隔热层6、坩埚上盖501均开设有相应检测孔13,且各所述检测孔13均位于激光雷达11的检测路径上,以使所述激光雷达11检测坩埚5中液面位置。
在本实施例中,激光雷达11实时监测液面位置,在不开观察孔的情况下为籽晶接触提供真实数据,极大的增强了热场的稳定性、均匀性。
在本实施例中,所述下隔热层7通过坩埚轴12活动支撑坩埚5。
实施例2
在实施例1的基础上,如图1至图5所示,本实施例提供一种采用如实施例1所提供的液相法生长碳化硅热场的工作方法,其包括:在单晶炉体1内开设单晶生长室101,以用于安装坩埚5,且坩埚5、发热筒4、石英套筒3、升降加热机构2从内至外依次设置;在单晶炉体1的底部设置抽真空室102,且抽真空室102与单晶生长室101连通,以对单晶生长室101抽真空;在坩埚5的上方设置上隔热层6,在坩埚5的下方设置下隔热层7;由升降加热机构2透过石英套筒3对发热筒4及坩埚5电磁感应加热,且升降加热机构2根据坩埚5内碳化硅单晶生长状况调节温度梯度。
综上所述,本发明通过设置升降加热机构能够调整单晶生长过程中温度梯度,能够增强单晶生长的稳定性,同时石英套筒与发热筒之间进行隔热,保障热场在使用期间的安全性。
本申请中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件,其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
在本发明实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“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;可以是机械连接,也可以是电连接;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发明中的具体含义。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“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发明和简化描述,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发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的***、装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种液相法生长碳化硅热场,其特征在于,包括:
单晶炉体、升降加热机构、石英套筒、发热筒和坩埚;其中
所述单晶炉体内开设有单晶生长室,以用于安装所述坩埚,且所述坩埚、发热筒、石英套筒、升降加热机构从内至外依次设置;
所述单晶炉体的底部设置有抽真空室,且所述抽真空室与单晶生长室连通,以对所述单晶生长室抽真空;
所述坩埚的上方设置有上隔热层,所述坩埚的下方设置有下隔热层;
所述升降加热机构透过石英套筒对发热筒及坩埚电磁感应加热,且所述升降加热机构根据坩埚内碳化硅单晶生长状况调节温度梯度。
2.如权利要求1所述的液相法生长碳化硅热场,其特征在于,
所述升降加热机构包括:升降线圈柱和线圈;
所述线圈活动安装在升降线圈柱上;
所述升降线圈柱调节线圈的高度位置,以调节所述单晶生长室内温度梯度。
3.如权利要求1所述的液相法生长碳化硅热场,其特征在于,
所述单晶炉体的不锈钢侧壁中设置水冷夹层,以进行隔热。
4.如权利要求1所述的液相法生长碳化硅热场,其特征在于,
所述单晶炉体的外侧壁上贴装有铝膜,以隔绝电磁信号。
5.如权利要求2所述的液相法生长碳化硅热场,其特征在于,
所述石英套筒与发热筒中填装有隔热材料,所述石英套筒阻碍隔热材料的毛沾到线圈。
6.如权利要求1所述的液相法生长碳化硅热场,其特征在于,
所述单晶炉体的顶部设置有密封盖,所述单晶炉体外设置有升降旋转支撑柱,且所述升降旋转支撑柱的活动部通过提拉板连接密封盖;
所述升降旋转支撑柱驱动提拉板将密封盖打开或关闭。
7.如权利要求6所述的液相法生长碳化硅热场,其特征在于,
所述坩埚的顶部设置有坩埚上盖,且所述坩埚上盖的两端分别呈斜面设置,以与所述坩埚相贴合。
8.如权利要求7所述的液相法生长碳化硅热场,其特征在于,
所述密封盖的顶部设置激光雷达,所述密封盖、上隔热层、坩埚上盖均开设有相应检测孔,且各所述检测孔均位于激光雷达的检测路径上,以使所述激光雷达检测坩埚中液面位置。
9.如权利要求1所述的液相法生长碳化硅热场,其特征在于,
所述下隔热层通过坩埚轴活动支撑坩埚。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的液相法生长碳化硅热场的工作方法,其特征在于,包括:
在单晶炉体内开设单晶生长室,以用于安装坩埚,且坩埚、发热筒、石英套筒、升降加热机构从内至外依次设置;
在单晶炉体的底部设置抽真空室,且抽真空室与单晶生长室连通,以对单晶生长室抽真空;
在坩埚的上方设置上隔热层,在坩埚的下方设置下隔热层;
由升降加热机构透过石英套筒对发热筒及坩埚电磁感应加热,且升降加热机构根据坩埚内碳化硅单晶生长状况调节温度梯度。
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