一种碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置及方法制造方法及图纸

一种碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置及方法，该装置包括：用以采用物理气相传输方法生长碳化硅单晶的坩埚，裹绕所述坩埚的保温层，位于所述保温层外侧的感应线圈，载置有所述坩埚的底座，通过石墨杆和第一连接杆与所述底座连接并将所述坩埚调平居中的调节装置，和连接至所述调节装置的晶体生长设备的传递装置。本发明专利技术提供了一种通过石墨杆、第一连接杆和调节装置连接坩埚与生长炉的传递装置的简易装置，使碳化硅晶体生长过程中坩埚不仅围绕中心旋转而且可以调平居中，从而实现晶体生长过程中和降温时温度场的均匀一致，提高碳化硅晶体的质量与成品率。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置及方法
本专利技术属于碳化硅材料领域，具体涉及一种基于物理气相传输法生长碳化硅晶体中调节和旋转坩埚的装置及方法。
技术介绍
碳化硅（SiC）单晶材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高、介电常数低、化学稳定性好等优点，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。目前生长SiC晶体最有效的方法是物理气相传输（PVT）法，首先在石墨坩埚的底部和顶部分别装入高纯原料和籽晶，在坩埚外部采用保温毡裹绕，然后在合适的温度（2000～2400℃）和压强下（5～40Torr）通过气相挥发生长碳化硅晶体，如申请人已申请的专利技术专利申请（申请号：201711386301.2）中提到，在生长SiC晶体过程中，溢出坩埚的部分气相组分会与周围的保温材料、石墨坩埚等组件发生反应，引起石墨化导致保温材料和石墨坩埚的局域破坏，同时每次晶体生长时保温材料、加热线圈和坩埚位置等因素的几何位置很难完全对称，这也会致使晶体生长时温度场分布不均匀，从而导致生长的SiC晶体不仅面型不对称，而且内部应力分布也不均，这将直接影响SiC晶体的质量和成品率。因此，如何在碳化硅晶体生长过程中实现温度场均匀分布对于高质量、大尺寸SiC晶体的制备至关重要。国外专利文献（EP0554047A1）提到在无坩埚气相生长碳化硅晶体中旋转籽晶体可以使晶体生长的温度场更均匀。国内专利文献（CN105316765A）在物理气相传输法生长碳化硅晶体时旋转坩埚可以提高晶体的均匀一致性，但上述专利文献中对于旋转坩埚的装置均没有涉及。目前，只有国内专利文献（CN105442038A）提到一种坩埚旋转式碳化硅单晶的生长方法，其坩埚旋转装置较复杂，各组件之间如何连接也没有说明，而且对于坩埚调平居中更没有涉及。
技术实现思路
因此，本专利技术目的在于，提供一种碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置及方法，以实现晶体生长时温度场的均匀对称，提高SiC晶体的质量和成品率。本专利技术一方面提供一种碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置，包括：用以采用物理气相传输方法生长碳化硅单晶的坩埚，裹绕所述坩埚的保温层，位于所述保温层外侧的感应线圈，载置有所述坩埚的底座，通过石墨杆和第一连接杆与所述底座连接并将所述坩埚调平居中的调节装置，和连接至所述调节装置的晶体生长设备的传递装置。本专利技术提供了一种通过石墨杆、第一连接杆和调节装置连接坩埚与生长炉的传递装置的简易装置，使碳化硅晶体生长过程中坩埚不仅围绕中心旋转而且可以调平居中，从而实现晶体生长过程中和降温时温度场的均匀一致，提高碳化硅晶体的质量与成品率。此外，以往的生长保温装置是整体上进行旋转推送，对于温场均匀调节效果不是很理想，而本专利技术提供的具有上述结构的调节和旋转坩埚的装置可实现对坩埚的单独旋转，不同于以往的整体旋转推送，能更有效地保证晶体生长过程中温度场均匀一致。优选地，所述底座为石墨底座，外侧设有确保所述坩埚平衡放置的卡位槽，所述底座的中心有螺纹。优选地，所述石墨杆的上、下端分别与所述底座的中心和所述第一连接杆通过螺纹固定连接。优选地，所述第一连接杆的上、下端分别与所述石墨杆和所述调节装置通过螺纹固定连接，所述第一连接杆的材质为不锈钢或陶瓷。所述调节装置为万向节装置，包括：两块内侧分别具有凹槽的板，中间的圆球置于所述凹槽内，两块所述板由多个连接件连接并夹住所述球，通过调节所述连接件使所述坩埚调平居中。优选地，万向节装置可由金属、铝合金或陶瓷等制备，尤其是金属最为简单方便易制备。较佳为，所述连接件包括至少三个螺丝。较佳为，所述调节装置通过第二连接杆连接至所述传递装置，所述第二连接杆的上、下端分别与所述调节装置的低端和所述晶体生长设备的传递装置通过螺纹固定连接，所述第二连接杆的材质为不锈钢或陶瓷。较佳为，所述石墨杆的长度，在其上端与所述底座的中心固定连接后，其下端超过所述感应线圈最底部50mm以上。本专利技术另一方面提供一种采用上述装置进行碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的方法，包括如下步骤：将原料和籽晶装入坩埚内，通过调节装置调节所述坩埚的水平及位置实现调平居中，采用物理气相传输方法在装有原料和籽晶的坩埚内生长碳化硅单晶；通过晶体生长设备的传递装置单独旋转所述坩埚直到降温停炉。晶体生长前通过调节装置尤其可以是通过万向节（球）的调节螺丝来实现坩埚的水平放置并位置居中，晶体生长时和降温时通过晶体生长炉的传递装置单独旋转坩埚，保证晶体生长过程中温度场均匀一致。不仅可以避免晶体温度场不对称造成的缺陷，而且可以提高晶体的对称性从而减少晶体应力，有效提高制备的SiC晶体的质量和成品率。附图说明图1是本专利技术一实施形态的碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置的结构示意图；图2和图3是本专利技术一实施形态的以万向节（球）原理设计的调中、调平的万向节（球）装置。具体实施方式以下参照附图对本专利技术一种碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置及基于物理气相传输法生长碳化硅晶体中调平、居中和单独旋转石墨坩埚的方法进行详细说明，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。图1示出了本专利技术碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置的一实施形态，其可用于采用物理气相传输（PVT）法生长SiC晶体中石墨坩埚的调平、调中，并可实时调控碳化硅晶体生长过程中石墨坩埚围绕中心旋转。具体地，如图1所示，采用物理气相传输方法在装有原料和籽晶的坩埚1内生长碳化硅单晶。坩埚1优选为石墨坩埚。坩埚1外部采用保温层（例如保温毡2）裹绕，保温毡2外侧的感应线圈8用于加热。其中石墨坩埚放置在底座3上，底座3优选为石墨底座，通过圆柱形的石墨杆4连接至保温毡2外，石墨杆4下端与金属杆5相连接，金属杆5下端再与可调节居中的调节装置（本实施形态中为万向节（球）装置6，其详细结构后述）的上端相连接，最后万向节（球）装置6下端通过最底部的金属杆6-1与晶体生长设备的传递装置7相连接。晶体生长前装炉时通过万向节（球）装置6的三个可用于调平的螺丝6-2调节坩埚1水平放置并实现位置居中，晶体生长过程中通过晶体生长设备的传递装置7单独旋转坩埚1，实现晶体生长过程中和降温时温度场的对称性和一致性。更详细而言，稳定放置石墨制的坩埚1的石墨制的底座3外侧一圈有确保坩埚1平衡放置的卡位槽。底座3中心有螺纹，底座3外径大于坩埚1外径4mm～20mm。石墨杆4上、下端分别与底座3中心和金属杆5通过螺纹固定连接。关于石墨杆4的长度，其上端与底座3中心固定连接后，下端须超过感应线圈8最底部50mm以上，确保石墨杆4下端温度较低，与金属杆5连接不会因过热产生形变。金属杆5的上、下端分别与石墨杆4和万向节（球）装置6通过螺纹固定连接。金属杆5材质不仅限于耐高温的不锈钢，还可以是耐高温的陶瓷等坚硬材料。本实施形态采用相连的两种不同材质的杆，是由于如果都采用石墨杆，石墨导热太快，更容易对底部温场产生不利影响，采用两种不同杆是为了对生长晶体的石墨坩埚料腔底部的温场影响最小；同时下部采用金属杆更硬，在多次选择安装过程中不会出现损耗变形，而如果石墨杆则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置，其特征在于，包括：用以采用物理气相传输方法生长碳化硅单晶的坩埚，裹绕所述坩埚的保温层，位于所述保温层外侧的感应线圈，载置有所述坩埚的底座，通过石墨杆和第一连接杆与所述底座连接并将所述坩埚调平居中的调节装置，和连接至所述调节装置的晶体生长设备的传递装置。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置，其特征在于，包括：用以采用物理气相传输方法生长碳化硅单晶的坩埚，裹绕所述坩埚的保温层，位于所述保温层外侧的感应线圈，载置有所述坩埚的底座，通过石墨杆和第一连接杆与所述底座连接并将所述坩埚调平居中的调节装置，和连接至所述调节装置的晶体生长设备的传递装置。2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置，其特征在于，所述底座为石墨底座，外侧设有确保所述坩埚平衡放置的卡位槽，所述底座的中心有螺纹。3.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置，其特征在于，所述石墨杆的上、下端分别与所述底座的中心和所述第一连接杆通过螺纹固定连接。4.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置，其特征在于，所述第一连接杆的上、下端分别与所述石墨杆和所述调节装置通过螺纹固定连接，所述第一连接杆的材质为不锈钢或陶瓷。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的碳化硅晶体生长过程中调节和旋转坩埚的装置，其特征在于，所述调节装置为万向节装置，包括：两块内侧分别具有凹槽的板...

【专利技术属性】
技术研发人员：高攀，忻隽，孔海宽，严成锋，郑燕青，刘学超，施尔畏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31