提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置

983 编辑：中冶有色技术网来源：江苏卓远半导体有限公司

2024-01-16 14:43:15

权利要求书： 1.一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，其特征在于，它包括坩锅组件、感应线圈、保温套、上辅助加热件、下辅助加热件、上保温盘、下保温盘，感应线圈安装在保温套外侧，保温套内部从下往上依次安装有下保温盘、下辅助加热件、坩锅组件、上辅助加热件以及上保温盘，所述上辅助加热件和下辅助加热件都设计为石墨加热环。

2.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，其特征在于，所述感应线圈是环绕状的导热铜管。

3.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，其特征在于，所述坩锅组件与上辅助加热件之间安装有隔板；所述坩锅组件包括坩锅主体、坩埚盖、小内衬、大内衬、上内衬、籽晶托、内管、对中片和固定块，坩锅主体设计成圆柱状体，坩锅主体上方中间开有圆形槽，坩锅主体内侧底部安装有对中片，对中片中间设计对中圆孔，固定块下端安装在对中片的对中圆孔内部，对中片中间安装有固定块，内管下端套在固定块上端，坩锅主体的上端口部内侧设计有双层环形台阶，所述大内衬设计成圆环体且圆环体下端设计有圆形盘底，圆形盘底中间开有第一圆孔，第一圆孔上端设计环形凸起，圆环体上端外侧一周设计圆形折边，大内衬通过圆形折边搭载在坩锅主体口部的双层环形台阶的下层台阶上面，内管的上端插卡在第一圆孔的内侧，所述小内衬设计成空心圆环且空心圆环上端设计成锥形缩口，小内衬下端套在环形凸起的上端外侧，所述大内衬的上端口部内侧设计第一台阶，上内衬设计为圆盘体且圆盘体中间开有通孔，通孔上端开有第二台阶，上内衬一周搭载在第一台阶上面，所述第二台阶上面搭载有圆盘状的籽晶托，所述坩埚盖盖在坩锅主体上面且坩锅盖一周位于双层环形台阶的上层台阶上面，所述坩锅盖中间也开有通孔，所述隔板上面也开有通孔。

4.根据权利要求3所述的一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，其特征在于，所述内管一周设计若干细孔。

5.根据权利要求1或3所述的一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，其特征在于，所述坩锅组件、上辅助加热件、下辅助加热件都采用等静压石墨材料制造。

6.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，其特征在于，所述保温套、上保温盘、下保温盘都采用短纤维硬毡制作成型。

7.根据权利要求3所述的一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，其特征在于，所述隔板采用短纤维硬毡制作成型。

8.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，其特征在于，所述上保温盘、下保温盘设计分别为圆盘体且圆盘体的中间开有供红外线测温探头监测的测温通孔；下保温盘的厚度是上保温盘厚度的3?5倍。

说明书：一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置技术领域[0001] 本实用新型涉及碳化硅晶体生产领域，具体涉及一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置。背景技术[0002] 碳化硅晶体生长是基于Si和C材料的气相平衡系统，是一种物理气相传输（PT）技术。它是在密闭的反应室里SiC源被加热到2000℃以上时，SiC源分解成含Si和C的气体分子，这些气体分子通过源和晶种之间温度梯度再凝聚到较冷的晶种表面，生长出SiC单晶。生长过程中通过Ar气，可以控制反应速度。在生长初期，为了防止其他多型的生长，或是防止杂乱生长，加大Ar气量，可以抑制生长。现在通常的生长温度为2000℃至2400℃。生长速率通常随温度升高而增加，随料源与籽晶间的温度梯度加大而增大，随外加惰性气体气压加大而减小。温度梯度过小会导致生长率低，过大会造成晶体开裂且质量不高。

[0003] 以往设备在热场方面由于上下轴向温度梯度难以精准把控，很难精准的控制上下所需的温差值和上下轴向温度梯度，之前在热场设计方面石墨钳锅的底部和上部直接和石墨毡接触，导致轴向温度难以精准掌握。例如专利CN202010055019.1，一种单晶炉热场及单晶炉，上下轴向温度梯度变化过快过大等原因，导致温度温差超出要求范围，就需要不停的升降坩锅，进行控制上下轴向温度，升降后一端被加热温度快速上升，另一端则失去加热温度快速下降，但是很难精准把控温度，一直波动，不能满足生产需求。[0004] 热场内部轴向温度会影响产品的生长速率，在单晶生长过程中，温度梯度过小会导致生长率低，过大会造成晶体开裂且质量不高，所以控制轴向温度梯度的可靠性尤为重要。实用新型内容

[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，设计巧妙，结构合理紧凑，能够精准控制轴向温度，提供碳化硅生长质量。[0006] 本实用新型的技术方案：[0007] 一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，它包括坩锅组件、感应线圈、保温套、上辅助加热件、下辅助加热件、上保温盘、下保温盘，感应线圈安装在保温套外侧，保温套内部从下往上依次安装有下保温盘、下辅助加热件、坩锅组件、上辅助加热件以及上保温盘，所述上辅助加热件和下辅助加热件都设计为石墨加热环。[0008] 所述感应线圈是环绕状的导热铜管。[0009] 所述坩锅组件与上辅助加热件之间安装有隔板；所述坩锅组件包括坩锅主体、坩埚盖、小内衬、大内衬、上内衬、籽晶托、内管、对中片和固定块，坩锅主体设计成圆柱状体，坩锅主体上方中间开有圆形槽，坩锅主体内侧底部安装有对中片，对中片中间设计对中圆孔，固定块下端安装在对中片的对中圆孔内部，对中片中间安装有固定块，内管下端套在固定块上端，坩锅主体的上端口部内侧设计有双层环形台阶，所述大内衬设计成圆环体且圆环体下端设计有圆形盘底，圆形盘底中间开有第一圆孔，第一圆孔上端设计环形凸起，圆环体上端外侧一周设计圆形折边，大内衬通过圆形折边搭载在坩锅主体口部的双层环形台阶的下层台阶上面，内管的上端插卡在第一圆孔的内侧，所述小内衬设计成空心圆环且空心圆环上端设计成锥形缩口，小内衬下端套在环形凸起的上端外侧，所述大内衬的上端口部内侧设计第一台阶，上内衬设计为圆盘体且圆盘体中间开有通孔，通孔上端开有第二台阶，上内衬一周搭载在第一台阶上面，所述第二台阶上面搭载有圆盘状的籽晶托，所述坩埚盖盖在坩锅主体上面且坩锅盖一周位于双层环形台阶的上层台阶上面，所述坩锅盖中间也开有通孔，所述隔板上面也开有通孔。[0010] 所述内管一周设计若干细孔。[0011] 所述坩锅组件、上辅助加热件、下辅助加热件都采用等静压石墨材料制造。[0012] 所述保温套、上保温盘、下保温盘都采用短纤维硬毡制作成型。[0013] 所述隔板采用短纤维硬毡制作成型。[0014] 所述上保温盘、下保温盘设计分别为圆盘体且圆盘体的中间开有供红外线测温探头监测的测温通孔；下保温盘的厚度是上保温盘厚度的3?5倍。[0015] 本实用新型的优点是设计巧妙，结构合理紧凑，在坩锅组件的上下位置增加上辅助加热件和下辅助加热件，上辅助加热件和下辅助加热件是采用等静压石墨材料制造的石墨加热环，在感应线圈的作用下能够与坩锅组件同时产生高温，以往只有坩锅组件位置处能够产生高温，坩锅组件上下轴向温度很难控制，温差过大，不利于碳化硅生长，即使调整坩锅组件相对感应线圈上下动作，进行调整温度，也很难精确控制坩锅组件上下两端的温度、温差，但是本实用新型增加了上辅助加热件和下辅助加热件，加长了产生热量轴向长度，这样可控恒温区域加长，即使上辅助加热件和下辅助加热件的两外端温度稍低，也不会影响中间的坩锅组件温度，这样坩锅组件加热温度上下轴向温度稳定，温差位于合理范围内，确保碳化硅长晶质量好且生长速率快；无需升降机构不停控制坩锅组件升降来调节温差。附图说明[0016] 图1是本实用新型的剖视图。[0017] 图2是本实用新型的立体图。[0018] 图3是本实用新型的坩锅组件的立体爆炸图。[0019] 图4是本实用新型的坩锅组件的爆炸剖视图。具体实施方式[0020] 参照附图1?4，一种提高碳化硅生长梯度稳定性的石墨装置，它包括坩锅组件1、感应线圈2、保温套3、上辅助加热件4、下辅助加热件5、上保温盘6、下保温盘7，感应线圈2安装在保温套3外侧，保温套3内部从下往上依次安装有下保温盘7、下辅助加热件5、坩锅组件1、上辅助加热件4以及上保温盘6，所述上辅助加热件4和下辅助加热件5都设计为石墨加热环。所述坩锅组件1、上辅助加热件4、下辅助加热件5都采用等静压石墨材料制造。等静压石墨材料制造元件在感应线圈作用下会产生高温。上辅助加热件4和下辅助加热件5起到辅助加热作用，同时内部中空设计，配合两端的上保温盘6、下保温盘7，形成保温腔，具有保温锁温效果。确保大梯度温度变化时坩锅组件上下温差处于合理范围内，满足碳化硅长晶需求，质量好，生长快。[0021] 所述感应线圈2是环绕状的导热铜管。[0022] 所述坩锅组件1与上辅助加热件4之间安装有隔板8；所述坩锅组件1包括坩锅主体11、坩埚盖12、小内衬13、大内衬14、上内衬15、籽晶托16、内管17、对中片18和固定块19，坩锅主体11设计成圆柱状体，坩锅主体11上方中间开有圆形槽，坩锅主体11内侧底部安装有对中片18，对中片18中间设计对中圆孔，固定块19下端安装在对中片18的对中圆孔内部，对中片18中间安装有固定块19，内管17下端套在固定块19上端，坩锅主体11的上端口部内侧设计有双层环形台阶，所述大内衬14设计成圆环体且圆环体下端设计有圆形盘底，圆形盘底中间开有第一圆孔，第一圆孔上端设计环形凸起，圆环体上端外侧一周设计圆形折边，大内衬14通过圆形折边搭载在坩锅主体11口部的双层环形台阶的下层台阶上面，内管17的上端插卡在第一圆孔的内侧，所述小内衬13设计成空心圆环且空心圆环上端设计成锥形缩口，小内衬13下端套在环形凸起的上端外侧，所述大内衬14的上端口部内侧设计第一台阶，上内衬15设计为圆盘体且圆盘体中间开有通孔，通孔上端开有第二台阶，上内衬15一周搭载在第一台阶上面，所述第二台阶上面搭载有圆盘状的籽晶托16，所述坩埚盖12盖在坩锅主体11上面且坩锅盖一周位于双层环形台阶的上层台阶上面，所述坩锅盖中间也开有通孔，所述隔板8上面也开有通孔。

[0023] 所述内管17一周设计若干细孔。[0024] 所述保温套3、上保温盘6、下保温盘7都采用短纤维硬毡制作成型。所述隔板8采用短纤维硬毡制作成型。短纤维硬毡起到保温作用，不会产生高温。[0025] 所述上保温盘6、下保温盘7设计分别为圆盘体且圆盘体的中间开有供红外线测温探头9监测的测温通孔；下保温盘7的厚度是上保温盘6厚度的3?5倍。红外线测温探头上下分别设计一个，通过测温通孔检测上、下辅助加热件内部温度是否同步升降，确保温差60?180℃，则升降感应线圈或坩锅组件等元件，由于上、下辅助加热件内部空腔配合上、下保温盘具有保温锁温效果，调节的时候很容易就把温度调整到需要的温差范围内。

[0026] 本实用新型使用时，感应线圈通入电流后，同时作用于坩锅组件以及上、下辅助加热件，坩锅组件以及上、下辅助加热件会同时产生高温，处于中间段的坩锅组件则整体温度恒定，处于两端的上、下辅助加热件中间设计为中空，具有保温锁温效果；在碳化硅单晶生长过程中、能稳定控制钳锅上下轴向温度梯度，使碳化硅单晶在钳锅内部稳定持续生长、不需要人为去调节温差、这样生长出的单晶质量可靠、效率高。