CN206244927U - 一种生长不同晶体结构碳化硅单晶的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于碳化硅单晶生长技术领域，具体涉及一种生长不同晶体结构碳化硅单晶的装置，包括石墨坩埚、石墨盖板和至少一个石墨环形支撑，石墨坩埚上盖的内表面和凸台的上方侧壁设有多个丝扣，石墨坩埚的侧壁具有间隔地设有相同的多个凸台，石墨盖板位于所述石墨坩埚上盖与顶端的所述石墨环形支撑之间，其上部和底部均设有多个丝扣；石墨环形支撑具有间隔地位于所述凸台上，其平面上设有多个气孔，石墨环形支撑的侧表面设有多个丝扣，顶端的石墨环形支撑的上表面还设有多个丝扣，石墨环形支撑的下表面设有固定槽。该装置实现了在同一生产设备中同时生长不同晶体结构碳化硅单晶。
Description
技术领域
本实用新型属于碳化硅单晶生长技术领域，具体涉及一种生长不同晶体结构碳化硅单晶的装置。
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，可以用来制造各种耐高温的高频大功率器件，应用于硅器件难以胜任的场合，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 Vapor Transport），且在升华***中形成的晶体具有较低的缺陷水准，因此也是主要商业化量产的技术。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***，坩埚及保温材料。通过调节坩埚和加热线圈的相对位置和保温材料的厚度，使坩埚上部籽晶处的温度低于坩埚底部SiC粉料处的温度，以此达到晶体生长的目的。目前，所有制备SiC的方法如中国授权专利CN1554808A公开的“一种生长具有半导体特性的大直径6H-SiC单晶的装置和方法”以及CN102268735B公开的“一种提高4H-SiC单晶晶型稳定性的方法”中，均采用上述方法，将单个6H或4H籽晶置于坩埚顶部，生长单个的6H或4H结构的碳化硅单晶体，所需的设备及附加设施投入大，耗时长，效率低，由此带来的生产成本居高不下，因此在保证晶体质量的前提下，增加晶体的生长数量和晶体结构类型，提高产量是产业化生产的重要任务。因此如何设计一种高效且能够同时生长多个不同晶体结构的大尺寸碳化硅单晶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SiC单晶生长技术存在的不足，提供一种同时生长多个不同晶体结构的大尺寸碳化硅单晶装置，在保证质量的前提下，能够实现低设备投入，高效率产出。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种生长不同晶体结构碳化硅单晶的装置，根据本实用新型的实施例，该装置包括石墨坩埚、石墨盖板和至少一个石墨环形支撑，用于生长多个不同晶体结构的碳化硅单晶，其中，所述石墨坩埚上盖的内表面设有多个丝扣，用于连接所述石墨盖板，所述石墨坩埚的侧壁具有间隔地设有相同的多个凸台，用于支撑所述石墨环形支撑，在所述凸台的上方侧壁设有多个丝扣，用于固定所述石墨环形支撑；所述石墨盖板位于所述石墨坩埚上盖与顶端的所述石墨环形支撑之间，其上部和底部均设有多个丝扣，用于分别连接所述石墨坩埚上盖和顶端的所述石墨环形支撑，增加所述装置的保温和封闭性；所述石墨环形支撑具有间隔地位于所述凸台上，且其平面上设有多个气孔，每个所述气孔的面积均不小于2 cm2，用于热量的传递，所述石墨环形支撑的侧表面设有多个丝扣，用于固定于所述凸台的上方侧壁，顶端的所述石墨环形支撑的上表面还设有多个丝扣，用于连接所述石墨盖板，所述石墨环形支撑的下表面设有固定槽，用于固定不同结构的碳化硅籽晶。
发明人发现，根据本实用新型实施例的该装置，通过设置多层石墨环形支撑，将多个不同结构的籽晶置于石墨环形支撑上，利用坩埚内部空间的轴向温度梯度，距离碳化硅原料不同高度位置的温度不同，放置适合于相应生长温度的籽晶进行生长，突破了目前传统的生长模式，实现了在同一生产设备中同时生长不同晶体结构碳化硅单晶的技术，提高了生产效率，降低了生产成本，可应用于SiC单晶的工业化批量生产。
根据本实用新型的实施例，所述丝扣至少为2个。
根据本实用新型的实施例，所述凸台圆柱体，其高度为10cm。
根据本实用新型的实施例，所述石墨环形支撑的外径与所述石墨坩埚侧壁的间距相等。
根据本实用新型的实施例，所述气孔的形状为圆形、方形或三角形，成周期性排列或不规则排列。
根据本实用新型的实施例，所述籽晶为2H、4H、6H、3C或15R晶型，长度均为2-8寸，厚度均为200-500μm。
本实用新型的有益效果至少包括：本实用新型所述的该装置通过设置多层石墨环形支撑，将多个不同结构的籽晶置于石墨环形支撑上，利用坩埚内部空间的轴向温度梯度，距离碳化硅原料不同高度位置的温度不同，放置适合于相应生长温度的籽晶进行生长，突破了目前传统的生长模式，实现了在同一生产设备中同时生长不同晶体结构碳化硅单晶的技术，提高了生产效率，降低了生产成本，可应用于SiC单晶的工业化批量生产。
附图说明
图1为本实用新型的生长不同晶体结构碳化硅单晶的装置的结构剖视图。
其中，石墨坩埚1，石墨坩埚上盖2，石墨盖板3，石墨环形支撑4，碳化硅单晶5，侧壁丝扣6，凸台7，气孔8，石墨坩埚侧壁9，碳化硅原料10，固定槽11。
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。
本实用新型提供了一种生长不同晶体结构碳化硅单晶的装置，图1为本实用新型的生长不同晶体结构碳化硅单晶的装置的结构剖视图，参照图1所示，该装置包括石墨坩埚1、石墨盖板3和石墨环形支撑4，根据本实用新型的一些实施例，本实用新型所述石墨环形支撑的个数至少为3个，用于生长多个不同晶体结构的碳化硅单晶，将不同晶体结构的若干籽晶分别固定在不同的所述石墨环形支撑的固定槽11内，由于所述坩埚内部空间的轴向温度梯度，距离碳化硅原料不同高度位置的温度不同，放置适合于相应生长温度的籽晶进行生长，得到不同的晶体类型，其中，所述不同结构的籽晶可以为2H、4H、6H、3C或15R晶型多形体的若干组合，长度为2-8寸，厚度为200-500μm。
根据本实用新型的实施例，本实用新型所述坩埚的具体形状不受限制，本实用新型优选为圆柱形。
根据本实用新型的实施例，所述石墨盖板位于所述石墨坩埚上盖与顶端的所述石墨环形支撑之间，所述石墨坩埚上盖2的内表面和所述石墨盖板的上部均设有个数至少为2个的丝扣，用于所述石墨坩埚上盖与所述石墨盖板进行连接，所述石墨坩埚的侧壁9具有间隔地设有相同的多个圆柱体凸台7，根据本实用新型的一些实施例，本实用新型所述凸台至少为3个，其高度为10cm，用于支撑所述石墨环形支撑，损坏时也易于更换或者取出所述石墨环形支撑，在所述凸台的上方侧壁和所述石墨环形支撑的侧表面均设有个数至少为2个的丝扣6，用于将所述石墨环形支撑的侧表面与坩埚侧壁固定相连；所述石墨盖板的底部和顶端的所述石墨环形支撑的上表面均设有个数至少为2个的丝扣，用于二者相连接，由于生长晶体时，需要对生长室抽真空，因此本实用新型在所述石墨坩埚的顶端的所述石墨环形支撑增设一个石墨盖板，进一步增加所述装置的密闭性和保温性，提高了装置的精确性和晶体的质量。
根据本实用新型的实施例，参照图1所示，所述石墨环形支撑具有间隔地位于所述凸台上，且其平面上设有多个气孔8，进行内部热量的传递，每个所述石墨环形支撑距离碳化硅原料10不同高度位置的温度不同，使得坩埚内部空间存在轴向温度梯度，放置适合于相应生长温度的籽晶进行生长结晶，生成不同的碳化硅单晶5；所述石墨环形支撑的下表面设有固定槽，用于固定不同结构的碳化硅籽晶，根据本实用新型的一些实施例，本实用新型所述气孔的具体形状不受限制，可以为圆形、方形或三角形中的一种或几种，成周期性排列或不规则排列，并且每个所述气孔的面积均不小于2 cm2，所述石墨环形支撑的外径与所述石墨坩埚侧壁的间距相等。
根据本实用新型的实施例，在本实用新型的另一方面，提供了一种利用前面所述的装置进行同时生长不同晶体结构碳化硅单晶的方法，包括以下步骤：
（1）将粒度为10-600μm的碳化硅原料平铺在所述石墨坩埚的底部；
（2）将不同晶体结构的若干籽晶分别固定在不同的所述石墨环形支撑的底部，然后依次将多层所述石墨环形支撑与所述石墨坩埚内壁进行连接然后固定在所述凸台上，在顶端的所述石墨环形支撑上依次安装石墨盖板和坩埚上盖，进行密封；
（3）对所述石墨坩埚的生长室抽真空，除去所述生长室中的氮气和氧气，然后向所述生长室通入Ar气，压力控制在100-10000Pa，同时加热反应室，将温度升高至2000-2500℃，所述石墨坩埚底部碳化硅原料升华至籽晶表面，生长20-100小时后，逐渐降温至室温，生长结束，得到不同晶体结构的碳化硅单晶。
发明人发现，根据本实用新型实施例的该装置，通过设置多层石墨环形支撑，将多个不同结构的籽晶置于石墨环形支撑上，利用坩埚内部空间的轴向温度梯度，距离碳化硅原料不同高度位置的温度不同，放置适合于相应生长温度的籽晶进行生长，突破了目前传统的生长模式，实现了在同一生产设备中同时生长不同晶体结构碳化硅单晶的技术，提高了生产效率，降低了生产成本，可应用于SiC单晶的工业化批量生产。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“侧面”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。
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。
以上所述的具体实施例，对本实用新型内容、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种生长不同晶体结构碳化硅单晶的装置，其特征在于：包括石墨坩埚、石墨盖板和至少一个石墨环形支撑，用于生长多个不同晶体结构的碳化硅单晶，其中，
所述石墨坩埚上盖的内表面设有多个丝扣，用于连接所述石墨盖板，所述石墨坩埚的侧壁具有间隔地设有相同的多个凸台，用于支撑所述石墨环形支撑，在所述凸台的上方侧壁设有多个丝扣，用于固定所述石墨环形支撑；
所述石墨盖板位于所述石墨坩埚上盖与顶端的所述石墨环形支撑之间，其上部和底部均设有多个丝扣，用于分别连接所述石墨坩埚上盖和顶端的所述石墨环形支撑，增加所述装置的保温和封闭性；
所述石墨环形支撑具有间隔地位于所述凸台上，且其平面上设有多个气孔，每个所述气孔的面积均不小于2 cm2，用于热量的传递，所述石墨环形支撑的侧表面设有多个丝扣，用于固定于所述凸台的上方侧壁，顶端的所述石墨环形支撑的上表面还设有多个丝扣，用于连接所述石墨盖板，所述石墨环形支撑的下表面设有固定槽，用于固定不同结构的碳化硅籽晶。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述丝扣至少为2个。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凸台为圆柱体，其高度为10cm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述石墨环形支撑的外径与所述石墨坩埚侧壁的间距相等。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气孔的形状为圆形、方形或三角形，成周期性排列或不规则排列。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述籽晶为2H、4H、6H、3C或15R晶型，长度均为2-8寸，厚度均为200-500μm。
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