一种持续供料的SiC单晶生长系统技术方案

技术编号:17794662 阅读:53 留言:0更新日期:2018-04-25 18:06
本发明专利技术涉及一种持续供料的SiC单晶生长系统,主要包括:生长炉、坩埚和传动装置,其中,所述坩埚包括:上坩埚和下坩埚,其中,所述上坩埚固定于炉腔的上部,在所述上坩埚内的顶部固定有籽晶;所述下坩埚位于炉腔的下部,在所述下坩埚内设有SiC粉料,且多个所述下坩埚分别设置于所述传动装置上,通过所述传动装置将所述多个下坩埚交替上升至炉腔的上部与所述上坩埚连接,进行所述SiC粉料的持续替换。本发明专利技术把坩埚分离为上下两个部分,上部固定籽晶,下部装粉料,晶体生长到一定阶段后,利用传动装置下部碳化消耗过的粉料替换成新粉料,在晶体生长过程中粉料可以不断替换,实现了晶体的不断生长和C包裹物的减少。

A SiC single crystal growth system with continuous feeding

The invention relates to a SiC single crystal growth system for continuous feeding, mainly including: a growing furnace, a crucible and a transmission device, wherein the crucible comprises an upper crucible and a lower crucible, wherein the upper crucible is fixed to the upper part of the furnace cavity, and the top of the crucible is fixed on the top of the crucible; the lower crucible is located under the furnace chamber. A SiC powder is arranged in the lower crucible, and a plurality of the lower crucible are separately arranged on the transmission device, and the plurality of the lower crucible is alternately raised to the upper part of the furnace cavity through the transmission device to connect the upper crucible with the upper crucible to carry out the continuous replacement of the SiC powder. In the invention, the crucible is separated into two parts, the upper part is fixed and the lower powder is installed. After the crystal grows to a certain stage, the powder is replaced by the powder which is consumed in the lower part of the drive device, and the powder can be replaced continuously during the crystal growth, and the continuous growth of the crystal and the reduction of the C inclusions are realized.

【技术实现步骤摘要】
一种持续供料的SiC单晶生长系统
本专利技术属于SiC单晶生长
,具体涉及一种持续供料的SiC单晶生长系统。
技术介绍
SiC作为宽带隙半导体材料以其高的禁带宽度(为Si的3倍),高的击穿临界场强(约为Si的9倍),高电子饱和漂移速度(为Si的2倍)和高热导率(约为Si的3倍),小的介电常数,以及抗辐射能力强,结实耐磨损等特性而成为制作高频、大功率、耐高温和抗辐射器件的理想材料。因而成为当前广泛研究的材料之一。在SiC单晶生长技术方面,目前国际上主要采用物理气相输运(PVT)生长SiC单晶,其主要原理是Si-C体系在高温下的升华和再结晶。在对Si-C体系中气相物种的热力学平衡过程进行研究发现,SiC生长体系中的主要物种为Si,Si2C,SiC2,在一定的晶体生长所需温度范围内,3个物种的分压按Si-SiC2-Si2C顺序递减,Si的分压最大。由于粉料质量是一定的,Si物质流传输会随着生长过程的增加不断衰减,即Si会过早的升华,剩余的粉料会过早的发生碳化。加上坩埚内粉料温度的差异,坩埚壁处温度过热,会加剧这一过程,使得在SiC生长的中后期,大量粉料中的C颗粒被携带到晶体表面,晶体中的C包裹物增多。同时由于C包裹物的影响,SiC单晶后期结晶质量变差,衍生出许多微管,位错等缺陷,甚至出现多晶。这也导致了PVT法生长的SiC晶体不能生长的很厚,影响了产率,增加了成本。而现有技术大部分使用如钽等的碳吸收剂,吸收坩埚边缘等处的碳化粉料,降低粉料碳化程度,从而减少包裹物源的产生,或者在生长腔内使用多孔石墨网来阻挡碳颗粒的输运,减少到达晶体生长面的碳颗粒浓度,从而减少包裹物的生成,但是存在以下缺点:钽等金属价格比较昂贵,做成坩埚涂层等增加额外的工艺过程,造成成本增加,另外环境引入额外杂质,对晶体成晶质量造成隐患;生长腔内的多孔石墨网处会有SiC晶体结晶,阻挡了粉料中SiC气相组分的向上输运,生长速率大大降低,影响了产率,增加了成本。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本专利技术采取的技术方案为:本专利技术提出了一种持续供料的SiC单晶生长系统,包括:生长炉、坩埚和传动装置,其中,所述坩埚包括:上坩埚和下坩埚,其中,所述上坩埚固定于炉腔的上部,在所述上坩埚内的顶部固定有籽晶;所述下坩埚位于炉腔的下部,在所述下坩埚内设有SiC粉料,且多个所述下坩埚分别设置于所述传动装置上,通过所述传动装置将所述多个下坩埚交替上升至炉腔的上部与所述上坩埚连接,进行所述SiC粉料的持续替换。进一步的,所述传动装置包括:传动机、传动杆和支撑板,其中,所述传动杆一端伸入炉体与所述支撑板相连,所述下坩埚设置于所述支撑板上,所述传动杆的另一端位于炉外且与所述传动机相连。进一步的,所述传动杆与炉体的连接处采用密封件进行密封。进一步的,所述上坩埚和下坩埚进行卡接。进一步的,还包括:设置于炉腔的隔热层和感应线圈,其中,所述坩埚设置于所述隔热层内,所述感应线圈设置于所述隔热层的外部。进一步的,所述隔热层的底部为开口,所述支撑板通过所述开口上升,将所述开口进行密封。进一步的,所述支撑板与隔热层的材质相同。进一步的,所述隔热层的顶部设有测温孔。进一步的,所述炉体上还设有气体入口,用于调节炉腔内的压力。在本专利技术的另一方面,提出了一种利用前面所述的SiC单晶生长系统生长单晶的方法,包括以下步骤:(1)将SiC粉料放置下坩埚内,将籽晶固定于上坩埚内的顶部;(2)通过传动装置将下坩埚升至炉腔的上部与所述上坩埚连接;(3)向炉腔内充入气体,使炉腔内维持一定的压力,感应加热使得上部炉腔内的温度升高;(4)降低炉腔内压力,使SiC粉料开始升华,晶体开始生长;(5)生长一定时间后,升高炉腔内压力,使得晶体停止生长;(6)通过传动装置把盛有消耗过SiC粉料的下坩埚降下,把盛有新SiC粉料的另外一个下坩埚升到炉腔上部,与上坩埚连接,感应加热一段时间;(7)重复所述步骤(4)-(6),直至多个下坩埚内的新SiC粉料都消耗完毕;(8)降低温度,取出生长完毕的晶体。本专利技术的有益效果至少包括:本专利技术利用传动装置将下部碳化消耗过的粉料替换成新粉料,从源头上解决了PVT法因生长时气相的Si/C比远远偏离SiC化学计量比,在晶体生长中后期容易形成C包裹物,继而衍生出缺陷甚至多晶,造成SiC单晶不能生长的很厚的问题。碳化过的粉料替换成新的粉料后,Si/C比大大增加,生长环境内没有了多余的碳颗粒,从而从根本上消除了包裹物的形成,同时使的PVT法晶体可以生长的很厚,大大提高了产率,降低了成本。附图说明图1为本专利技术系统工作状态图一。图2为本专利技术系统工作状态图二。图3为本专利技术系统工作状态图三。其中,生长炉1、上坩埚2、下坩埚3、传动杆4、支撑板5、籽晶6、感应线圈7、隔热层8、测温孔9。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案,下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本专利技术,而不能理解为对本专利技术的限制。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。根据本专利技术的实施例,图1为本专利技术系统工作状态图一,图2为本专利技术系统工作状态图二,图3为本专利技术系统工作状态图三,参照图1-3所示,本专利技术所述持续供料的SiC单晶生长系统,包括:生长炉、坩埚、传动装置、设置于生长炉炉腔的隔热层和感应线圈。根据本专利技术的实施例,参照图1-3所示,所述坩埚设置于所述隔热层内,所述感应线圈设置于所述隔热层的外部。根据本专利技术的实施例,参照图1-3所示,所述坩埚包括:上坩埚和下坩埚,其中,所述上坩埚固定于炉腔的上部,在所述上坩埚内的顶部固定有籽晶;所述下坩埚位于炉腔的下部,在所述下坩埚内设有SiC粉料,且多个所述下坩埚分别设置于所述传动装置上,通过所述传动装置将所述多个下坩埚交替上升至炉腔的上部与所述上坩埚进行卡接,进行所述SiC粉料的持续替换。根据本专利技术的实施例,参照图1-3所示,所述传动装置包括:传动机、传动杆和支撑板,其中,所述传动杆一端伸入炉体与所述支撑板相连,所述下坩埚设置于所述支撑板上,所述传动杆的另一端位于炉外且与所述传动机相连。根据本专利技术的一些实施例,所述传动杆与炉体的连接处采用密封件进行密封。根据本专利技术的一些实施例,所述隔热层的底部为开口,所述支撑板通过所述开口上升,将所述开口进行密封;更具体的,所述支撑板与隔热层的材质相同。根据本专利技术的一些实施例,所述隔热层的顶部设有测温孔;所述炉体上还设有气体入口,用于调节炉腔内的压力。在本专利技术的另一方面,提出了一种利用前面所述的SiC单晶生长系统生长单晶的方法,包括以下步骤:(1)将SiC粉料放置下坩埚内,将籽晶固定于上坩埚内的顶部;(2)通过传动装置将下坩埚升至炉腔的上部与所述上坩埚连接;(3)向炉腔内充入气体,使炉腔内维持一定的压力,感应加热使得上部炉腔内的温度升高;(4)降低炉腔内压力,使SiC粉料开始升华,晶体开始生长;(5)生长一定时间后,升高炉腔内压力,使得晶体停止生长;(6)通过传动装置把盛有消耗过SiC粉料的下坩埚降下,把盛有新SiC粉料的另外一个下坩埚升到炉腔上部,与上坩埚卡接,感应加热一段时间;(7)重复所述步骤(4)-(6),直至多个下坩埚内的新SiC粉本文档来自技高网
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一种持续供料的SiC单晶生长系统

【技术保护点】
一种持续供料的SiC单晶生长系统,包括:生长炉、坩埚和传动装置,其特征在于,其中,所述坩埚包括:上坩埚和下坩埚,其中,所述上坩埚固定于炉腔的上部,在所述上坩埚内的顶部固定有籽晶;所述下坩埚位于炉腔的下部,在所述下坩埚内设有SiC粉料,且多个所述下坩埚分别设置于所述传动装置上,通过所述传动装置将所述多个下坩埚交替上升至炉腔的上部与所述上坩埚连接,进行所述SiC粉料的持续替换。

【技术特征摘要】
1.一种持续供料的SiC单晶生长系统,包括:生长炉、坩埚和传动装置,其特征在于,其中,所述坩埚包括:上坩埚和下坩埚,其中,所述上坩埚固定于炉腔的上部,在所述上坩埚内的顶部固定有籽晶;所述下坩埚位于炉腔的下部,在所述下坩埚内设有SiC粉料,且多个所述下坩埚分别设置于所述传动装置上,通过所述传动装置将所述多个下坩埚交替上升至炉腔的上部与所述上坩埚连接,进行所述SiC粉料的持续替换。2.根据权利要求1所述的SiC单晶生长系统,其特征在于,所述传动装置包括:传动机、传动杆和支撑板,其中,所述传动杆一端伸入炉体与所述支撑板相连,所述下坩埚设置于所述支撑板上,所述传动杆的另一端位于炉外且与所述传动机相连。3.根据权利要求2所述的SiC单晶生长系统,其特征在于,所述传动杆与炉体的连接处采用密封件进行密封。4.根据权利要求2所述的SiC单晶生长系统,其特征在于,所述上坩埚和下坩埚进行卡接。5.根据权利要求2所述的SiC单晶生长系统,其特征在于,还包括:设置于炉腔的隔热层和感应线圈,其中,所述坩埚设置于所述隔热层内,所述感应线圈设置于所述隔热层的外部。6.根据权利要求5所述的SiC单晶生长系统,其特征在于,所...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘新辉杨昆路亚娟牛晓龙郑清超
申请(专利权)人:河北同光晶体有限公司
类型:发明
国别省市:河北,13

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