CN206244918U

CN206244918U - 一种降低碳化硅原料组分损失的装置

Info

Publication number: CN206244918U
Application number: CN201621345229.XU
Authority: CN
Inventors: 牛晓龙; 杨昆; 高宇; 郑清超
Original assignee: HEBEI TONGGUANG CRYSTAL CO Ltd
Current assignee: HEBEI TONGGUANG CRYSTAL CO Ltd
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-06-13
Anticipated expiration: 2026-12-09

Abstract

本实用新型的降低碳化硅原料组分损失的装置，包括：石墨坩埚、石墨板和石墨纸，所述石墨板为圆形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于所述SiC原料的上方；所述石墨纸固定于所述石墨坩埚的底部、侧部和顶部的内壁上，并且，所述石墨板的上表面固定有圆环形的石墨纸，且所述圆环的内径为所述石墨板直径的1/2，利用石墨纸材料降低各气象组分的逸出比例，使气相组分尽可能多地停留在石墨坩埚内，中空的石墨纸保证碳化硅原料中升华出的气相组分穿透石墨板，平稳地输运到碳化硅单晶表面，气相组分中部分Si组分可与石墨板发生反应形成气态SiC，输运到碳化硅单晶表面，促进晶体的生长，进一步降低Si组分的损失比例。

Description

一种降低碳化硅原料组分损失的装置

技术领域

本实用新型属于碳化硅单晶领域，涉及一种碳化硅单晶生长装置，特别涉及一种降低碳化硅原料组分损失的装置。

背景技术

作为第三代半导体材料，碳化硅单晶具有禁带宽度大，抗辐射能力强，击穿电场高，介电常数小，热导率大，电子饱和漂移速度高，化学稳定性高等独特的特性，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、电力电子器件理想的半导体材料。在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化等方面有广泛应用，尤其在国防军事上有着重要的战略地位，因此受到各国的高度重视。

目前，生长SiC晶体最有效的方法是物理气相传输法（Physical VaporTransport），其中，碳化硅粉体加热到2000℃以上，高温升华后气相成分在浓度梯度的作用下进行物质传输，最后在温度较低的碳化硅籽晶表面重新结晶，促使晶体长大。在典型碳化硅生产技术中，整个生长***包括生长室、感应加热***及水冷***、石墨坩埚及保温材料。通过调节坩埚和感应线圈的相对位置以及保温材料的厚度，使坩埚上部籽晶处的温度低于坩埚底部SiC粉料处的温度，达到晶体生长的目的。

热力学分析表明，SiC体系在高温下升华，主要气相物质为Si、Si2C、SiC2，它们会在籽晶表面相互反应生成SiC并进行生长。在籽晶逐渐生长的同时，部分气态组分从坩埚中逸出，或者与石墨坩埚壁发生反应生成SiC（如Si与石墨坩埚反应），由于在坩埚处结晶或者逸出，这些组分不能在籽晶处生成SiC，从而造成Si组分的损失。根据实际统计，每批次损失的组分质量占据总失重的比例达到35%以上。因此，如何设计一种用于简便、高效的降低SiC原料组分损失的装置成为本领域亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中SiC单晶生长过程中存在的组分损失较高的问题，设计并开发出一种结构简便、并能高效降低SiC原料组分损失的装置，在保证晶体生长的质量和速度的前提下，提高生长效率、降低组分损失。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种降低SiC原料组分损失的装置，其特征在于，包括：石墨坩埚、石墨板和石墨纸，其中，所述坩埚为圆柱形，由上盖和埚体组成，并通过螺纹连接；所述石墨板为圆形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于所述SiC原料的上方；所述石墨纸固定于所述石墨坩埚的底部、侧部和顶部的内壁上，并且，所述石墨板的上表面固定有圆环形的石墨纸，且所述圆环外径等于所述石墨板的直径，所述圆环的内径为所述石墨板直径的1/2。

进一步的，所述石墨纸与所述石墨坩埚内壁之间、所述石墨纸与所述石墨板之间设有固定层。

进一步的，所述固定层包括环氧树脂胶粘剂或其他粘结剂。

进一步的，所述石墨板的直径为石墨坩埚内径的90-95%，厚度为2-5mm。

进一步的，所述石墨板的纯度高于99.999%。

进一步的，所述石墨纸厚度为1mm。

进一步的，所述石墨纸的密度大于1.94g/cm³；所述石墨纸的纯度高于99.999%。

进一步的，所述SiC原料位于所述石墨坩埚底部。

本发明的有益效果在于：所述装置中，利用致密的石墨纸材料降低各气象组分的逸出比例，使气相组分尽可能多地停留在石墨坩埚内，中空的石墨纸可以保证碳化硅原料中升华出的气相组分穿透石墨板，平稳地输运到碳化硅单晶表面，气相组分中部分Si组分可与石墨板发生反应形成气态SiC，输运到碳化硅单晶表面，促进晶体的生长，进一步降低Si组分的损失比例。

附图说明

图1为本实用新型降低碳化硅原料组分损失的装置的结构图。

其中，1、石墨坩埚2、石墨板 3、石墨纸 4、上盖 5、埚体 6、碳化硅原料。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种降低碳化硅原料组分损失的装置，用于降低各气象组分的逸出比例，使气相组分尽可能多地停留在石墨坩埚内，图1为该降低碳化硅原料组分损失的装置的结构图，如图1所示，包括：石墨坩埚1、石墨板2和石墨纸3，其中，所述坩埚为圆柱形，由上盖4和埚体5组成，并通过螺纹连接。所述石墨板为圆形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于所述SiC原料6的上方；所述石墨纸固定于所述石墨坩埚的底部、侧部和顶部的内壁上，并且，所述石墨板的上表面固定有圆环形的石墨纸，且所述圆环外径等于所述石墨板的直径，所述圆环的内径为所述石墨板直径的1/2。由此，利用石墨坩埚内壁以及石墨板上表面上设置的致密的石墨纸材料降低各气象组分的逸出比例，并通过中空的石墨纸可以保证碳化硅原料中升华出的气相组分穿透石墨板，平稳地输运到碳化硅单晶表面，从而在保证晶体生长的质量和速度的前提下，提高生长效率、降低组分损失。

根据本实用新型的具体实施例，为便于石墨纸和石墨坩埚内壁及石墨板的固定，所述石墨纸与所述石墨坩埚内壁之间、所述石墨纸与所述石墨板之间设有固定层，在本实用新型的一些实施例中，所述固定层包括环氧树脂胶粘剂或其他粘结剂。

根据本实用新型的具体实施例，石墨板的材质和厚度不受特别限制，在本实用新型的一些实施例中，所述石墨板为圆形，其直径为石墨坩埚内径的90-95%，厚度为2-5mm；所述石墨板为高纯材料，纯度高于99.999%。

根据本实用新型的具体实施例，石墨纸的材质和厚度不受特别限制，在本实用新型的一些实施例中，所述石墨纸为致密的材质，密度大于1.94g/cm³；所述石墨纸厚度为1mm；所述石墨纸为高纯材料，纯度高于99.999%。

在实际的生产过程中，该装置具体的工作方式如下：

1）将石墨纸固定于石墨坩埚底部、侧部和顶部的内壁，将圆环形石墨纸固定于石墨板上表面，圆环外径等于石墨板直径，圆环内径为石墨板直径的1/2。

2）将碳化硅原料放入坩埚底部，将石墨板置于粉料之上，之后依次安装碳化硅单晶籽晶和石墨坩埚上盖。

3）将安装完毕的坩埚置于传统的生长室中，通过感应线圈对生长室进行加热，使坩埚内部温度达到2000℃以上，碳化硅单晶籽晶逐渐生长为碳化硅单晶体，其中，所述的生长碳化硅晶体，其晶体结构为2H、4H、6H、3C或15R多形体中的某种结构。

综上所述本实用新型的装置结构简单、并能利用石墨坩埚内壁以及石墨板上表面上设置的致密的石墨纸材料降低各气象组分的逸出比例，高效降低SiC原料组分损失，在保证晶体生长的质量和速度的前提下，提高生长效率、降低组分损失。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims

1.一种降低SiC原料组分损失的装置，其特征在于，包括：石墨坩埚、石墨板和石墨纸，其中，所述坩埚为圆柱形，由上盖和埚体组成，并通过螺纹连接；所述石墨板为圆形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于所述SiC原料的上方；所述石墨纸固定于所述石墨坩埚的底部、侧部和顶部的内壁上，并且，所述石墨板的上表面固定有圆环形的石墨纸，且所述圆环外径等于所述石墨板的直径，所述圆环的内径为所述石墨板直径的1/2。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述石墨纸与所述石墨坩埚内壁之间、所述石墨纸与所述石墨板之间设有固定层。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述固定层包括环氧树脂胶粘剂或其他粘结剂。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述石墨板的直径为石墨坩埚内径的90-95%，厚度为2-5mm。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述石墨板的纯度高于99.999%。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述石墨纸厚度为1mm。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述石墨纸的密度大于1.94g/cm³；所述石墨纸的纯度高于99.999%。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述SiC原料位于所述石墨坩埚底部。