一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的生产装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的生产装置，以实现低硼杂质浓度SiC单晶的制备。本实用新型专利技术主要是一种物理气相传输方法的改良生产装置，通过在物理气相传输方法的改良生产装置中，在粉料与籽晶间引入了节流装置，该节流装置能够使粉料升华的气相生长组分在输运至籽晶前经历若干次‘结晶‑再升华’过程，在一次生长过程中做到原料提纯，进而降低单晶中B杂质。由此，降低了低B杂质浓度单晶制备对粉料纯度的依赖，降低生长成本；在生长过程中，对原料进行了提纯，提高了低B杂质浓度单晶的制备效率。

【技术实现步骤摘要】
一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的生产装置
本技术涉及一种高频器件应用领域，主要涉及一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的生产装置。
技术介绍
作为第三代宽带隙半导体材料的一员，相对于常见Si和GaAs等半导体材料，碳化硅材料具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高，热导率高、临界击穿场强高等诸多优异的性质。基于这些优良的特性，碳化硅材料是制备高温电子器件、高频、大功率器件更为理想的材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。同时SiC另一种宽禁带半导体材料GaN最好的衬底材料，使用SiC衬底制备的GaN基白光LED发光效率远高于传统的Si及蓝宝石衬底。除半导体应用领域外，SiC由于折射率高，色散系数大等优点，在珠宝装饰行业同样有着巨大的应用前景。SiC单晶中的B杂质能够在SiC的多个上述应用领域带来负面影响：在高频器件应用领域，半绝缘SiC衬底能够有效降低器件的介电损耗和寄生效应，大幅降低开关损耗，因此更适宜用来制备微波器件。V族B是IV族化合物半导体SiC中的常见的受主杂质，其能够在SiC中引入空穴导致SiC衬底电阻率下降，增加半绝缘SiC衬底的制备难度和产率，降低器件效率；在大功率的电力电子器件领域，由于B在SiC中较大的扩散系数，其在器件制备工艺过程中扩散至有源区内，降低器件效率，甚至导致器件失效；在珠宝装饰领域，B杂质的存在能够导致装饰品在可见光区发生光吸收，导致装饰品呈现灰色，降低装饰品品相。物理气相传输方法（PVT）是目前制备SiC单晶最为常用的方法，专利CN1554808A公开了一种籽晶升华法的方法，粉料和籽晶分别置于石墨坩埚的顶部和底部，使用感应加热方法建立由籽晶指向粉料的正温度梯度；当温度达到粉料的升华温度，粉料分解为Si2C，SiC2和Si等气相生长组分以及固态的碳残留，气相生长组分在温度梯度的作用下向上输运至籽晶，沉积在籽晶上进而实现SiC单晶的生长。物理气相传输方法制备SiC单晶，B杂质主要来源为粉料及石墨热场，因此使用该方法制备低B杂质浓度的SiC单晶需要极高纯度的SiC粉料，而SiC粉料的制备成本及制备难度会伴随纯度要求迅速增加，因此这大大增加了低B杂质浓度的SiC单晶的制备成本及难度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本技术提供了一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的生产装置，以实现低硼杂质浓度SiC单晶的制备。本技术主要是一种物理气相传输方法的改良生产装置，通过在物理气相传输方法的改良生产装置中，在粉料与籽晶间引入了节流装置，该节流装置能够使粉料升华的气相生长组分在输运至籽晶前经历若干次‘结晶-再升华’过程，在一次生长过程中做到原料提纯，进而降低单晶中B杂质。由此，降低了低B杂质浓度单晶制备对粉料纯度的依赖，降低生长成本；在生长过程中，对原料进行了提纯，提高了低B杂质浓度单晶的制备效率。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：本技术提供了一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的坩埚结构，其特征在于，包含石墨坩埚、籽晶、粉料和节流装置，其中，所述籽晶设置在所述石墨坩埚的顶部，所述粉料设置在所述石墨坩埚的底部，所述节流装置设置在所述粉料及所述籽晶之间，用于使粉料升华的气相生长组分在输运至籽晶前经历结晶-再升华过程，从而在一次生长过程中做到原料提纯，进而降低单晶中的硼杂质,其中,所述节流装置的孔隙率在30-60%,所述节流装置的气体透过率与坩埚侧壁的气体透过率比在10-1000之间。进一步的，所述节流装置沿坩埚的高度方向设置为多个，并且在所述节流装置在数量大于1时，相邻两个节流装置间距不小于5mm。进一步的，所述节流装置由能够耐受2500℃以上温度的多孔材料或复合材料构成，包含但不仅限于多孔石墨。进一步的，所述粉料为SiC多晶粉料，其硼杂质浓度不大于0.5ppmw；所述籽晶的晶型为4H-SiC、6H-SiC或15R-SiC；所述石墨坩埚为等静压石墨构成，密度大于1.7g/cm3，所述石墨坩埚的B杂质浓度不大于1ppmw。进一步的，所述粉料硼杂质浓度不大于0.2ppmw。本技术的有益效果如下：本技术提供了一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的生产装置，以实现低硼杂质浓度SiC单晶的制备。本技术主要是一种物理气相传输方法的改良生产装置，通过在物理气相传输方法的改良生产装置中，在粉料与籽晶间引入了节流装置，该节流装置能够使粉料升华的气相生长组分在输运至籽晶前经历若干次‘结晶-再升华’过程，在一次生长过程中做到原料提纯，进而降低单晶中B杂质。由此，降低了低B杂质浓度单晶制备对粉料纯度的依赖，降低生长成本；在生长过程中，对原料进行了提纯，提高了低B杂质浓度单晶的制备效率。附图说明图1为本技术的坩埚结构的结构示意图；图2为本技术的一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的生长方法的工作原理图；其中，1、籽晶，2、节流装置，3、石墨坩埚，4、粉料，5、多晶SiC。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合具体实施例对本技术作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。针对现有技术中存在的上述问题，本技术提供了一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的生产装置，以实现低硼杂质浓度SiC单晶的制备。本技术主要是一种物理气相传输方法的改良生产装置，通过在物理气相传输方法的改良生产装置中，在粉料与籽晶间引入了节流装置，该节流装置能够使粉料升华的气相生长组分在输运至籽晶前经历若干次‘结晶-再升华’过程，在一次生长过程中做到原料提纯，进而降低单晶中B杂质。由此，降低了低B杂质浓度单晶制备对粉料纯度的依赖，降低生长成本；在生长过程中，对原料进行了提纯，提高了低B杂质浓度单晶的制备效率。本技术提供了一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的坩埚结构，如图1所示，包含石墨坩埚、籽晶、粉料和节流装置，其中，所述籽晶设置在所述石墨坩埚的顶部，所述粉料设置在所述石墨坩埚的底部，所述节流装置设置在所述粉料及所述籽晶之间，所述节流装置的孔隙率在30-60%。根据本技术的实施例，所述节流装置设置为若干个，并且在所述节流装置在数量大于1时，相邻两个节流装置间距不小于5mm。根据本技术的实施例，所述节流装置的气体透过率与坩埚侧壁的气体透过率比在10-1000之间；所述节流装置由能够耐受2500℃以上温度的多孔材料或复合材料构成，包含但不仅限于多孔石墨。根据本技术的实施例，所述粉料为SiC多晶粉料，其B杂质浓度不大于0.5ppmw，优选的不大于0.2ppm；所述籽晶的晶型为4H-SiC、6H-SiC或15R-SiC；所述石墨坩埚为等静压石墨构成，密度大于1.7g/cm3，所述石墨坩埚的B杂质浓度不大于1ppmw。本技术还提供了一种利用上述坩埚结构制备低硼杂质浓度SiC单晶的生产方法，如图2所示，包括以下步骤：（1）将粉料、若干个节流装置、籽晶按照由下至上的顺序，置于石墨坩埚中。根据本技术的实施例，所述步骤（1）中的节流装置由能够耐受2500℃以上温度的多孔材料或复合材料构成，包含但不仅限于多孔石墨；节流装置的气体透过率与坩埚侧壁的气体透过率比在10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的坩埚结构，其特征在于，包含石墨坩埚、籽晶、粉料和节流装置，其中，所述籽晶设置在所述石墨坩埚的顶部，所述粉料设置在所述石墨坩埚的底部，所述节流装置设置在所述粉料及所述籽晶之间，用于使粉料升华的气相生长组分在输运至籽晶前经历结晶‑再升华过程，从而在一次生长过程中做到原料提纯，进而降低单晶中的硼杂质,其中,所述节流装置的孔隙率在30‑60%,所述节流装置的气体透过率与坩埚侧壁的气体透过率比在10‑1000之间。

【技术特征摘要】
1.一种制备低硼杂质浓度SiC单晶的坩埚结构，其特征在于，包含石墨坩埚、籽晶、粉料和节流装置，其中，所述籽晶设置在所述石墨坩埚的顶部，所述粉料设置在所述石墨坩埚的底部，所述节流装置设置在所述粉料及所述籽晶之间，用于使粉料升华的气相生长组分在输运至籽晶前经历结晶-再升华过程，从而在一次生长过程中做到原料提纯，进而降低单晶中的硼杂质,其中,所述节流装置的孔隙率在30-60%,所述节流装置的气体透过率与坩埚侧壁的气体透过率比在10-1000之间。2.如权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述节流装置沿坩埚的高度方向设置为多个，并且在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昆，杨继胜，高宇，郑清超，
申请(专利权)人：河北同光晶体有限公司，
类型：新型
国别省市：河北,13