一种降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术的降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置，包括：石墨坩埚、石墨板和抑制层，其中，所述坩埚为圆柱形，由上盖和埚体组成，并通过螺纹连接；所述石墨板为圆环形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于SiC粉料之上；所述抑制层设置于所述石墨坩埚底部、侧部和顶部的内壁上以及所述石墨板的表面，用于在碳化硅结晶过程中，抑制所述石墨坩埚和石墨板中碳粉的形成；在石墨坩埚内壁涂覆金属碳化物，浸入到石墨孔隙中，从而使Si以一个更为均匀的方式侵蚀石墨，因而抑制了碳粉的形成；采用涂覆金属碳化物的石墨板，可以使边部粉料产生的碳粉经过中间结晶区的孔道进行过滤，减少碳粉直接向上输运，降低晶体中碳粒子包裹体的形成几率。

【技术实现步骤摘要】
一种降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置
本技术属于碳化硅单晶领域，涉及一种碳化硅单晶生长装置，特别涉及一种降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置。
技术介绍
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（PhysicalVaporTransport），其中，碳化硅粉体加热到2000℃以上，高温升华后气相成分在浓度梯度的作用下进行物质传输，最后在温度较低的碳化硅籽晶表面重新结晶，促使晶体长大。在典型碳化硅生产技术中，整个生长系统包括生长室、感应加热系统及水冷系统、石墨坩埚及保温材料。通过调节坩埚和感应线圈的相对位置以及保温材料的厚度，使坩埚上部籽晶处的温度低于坩埚底部SiC粉料处的温度，达到晶体生长的目的。现有的PVT法生长的碳化硅单晶中不可避免出现缺陷，碳粒子包裹体就是其中的一种，它们的尺度范围为数微米到数十微米，这些碳粒子主要来自于生长系统中与气相接触的石墨部件，气相的Si会侵蚀石墨中薄弱的部分，形成SiC，SiC升华从而作为挥发性物质被移除，最终Si将该位置周围的石墨完全侵蚀，使碳晶体形成一个碳粉颗粒。碳粉颗粒随着气相物质输运到晶体表面，形成包裹体。碳粒子包裹体可成为微管道和螺旋位错的起始点，形成更多的缺陷，严重影响碳化硅单晶体的质量。因此，如何设计一种用于简便、高效的降低碳化硅单晶生长过程中的碳粒子包裹体的装置成为本领域亟需解决的问题。
技术实现思路
本技术针对现有技术中SiC单晶生长过程中存在的碳粒子包裹体密度较高的问题，设计并开发出一种结构简便、并能高效降低碳粒子包裹体的装置，降低碳化硅单晶体中的缺陷、提升晶体品质。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置，其特征在于，包括：石墨坩埚、石墨板和抑制层，其中，所述坩埚为圆柱形，由上盖和埚体组成，并通过螺纹连接；所述石墨板为圆环形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于SiC粉料之上；所述抑制层设置于所述石墨坩埚底部、侧部和顶部的内壁上以及所述石墨板的表面，用于在碳化硅结晶过程中，抑制所述石墨坩埚和石墨板中碳粉的形成；并且，所述抑制层为金属碳化物涂层，该涂层的热膨胀系数与所述石墨板相同。进一步的，所述抑制层的厚度大于50μm。进一步的，所述金属碳化物涂层是钽、铪、铌、钛、锆、钨和钒的碳化物中的一种或其混合物。进一步的，所述金属碳化物涂层的纯度高于99.999%。进一步的，所述石墨板的直径为石墨坩埚内径的90-95%，内径为石墨坩埚内径的40-50%，厚度为2-5mm。进一步的，所述石墨板的纯度高于99.999%。本专利技术的有益效果在于：所述装置中，在石墨坩埚内壁涂覆金属碳化物，可以使其浸入到石墨孔隙中，从而使Si以一个更为均匀的方式侵蚀石墨，因而抑制了碳粉的形成；此外，采用涂覆金属碳化物的石墨板，可以使边部粉料产生的碳粉经过中间结晶区的孔道进行过滤，减少碳粉直接向上输运，降低晶体中碳粒子包裹体的形成几率。附图说明图1为本技术降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置的结构图。其中，1、石墨坩埚2、石墨板3、抑制层4、上盖5、埚体6、碳化硅原料。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。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。根据本技术的一个方面，本技术提供了一种降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置，用于抑制SiC单晶生长过程中碳粒子包裹体的形成和传输，图1为该降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置的结构图，如图1所示，包括：石墨坩埚1、石墨板2和抑制层3，其中，所述坩埚为圆柱形，由上盖4和埚体5组成，并通过螺纹连接；所述石墨板为圆环形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于SiC粉料6之上；所述抑制层设置于所述石墨坩埚底部、侧部和顶部的内壁上以及所述石墨板的表面，用于在碳化硅结晶过程中，抑制所述石墨坩埚和石墨板中碳粉的形成。由此，利用石墨坩埚内壁以及圆环形石墨板表面上设置的抑制层，抑制了碳粉的形成，并且在结晶过程中进行过滤，减少碳粉直接向上输运，降低晶体中碳粒子包裹体的形成几率。根据本技术的具体实施例，抑制层的材质和厚度不受特别限制，在本技术的一些实施例中，所述抑制层为金属碳化物涂层，且厚度大于50μm，涂覆在坩埚内壁及石墨板表面，该涂层的热膨胀系数与所述石墨板相同。此外，优选的金属碳化物涂层是高纯材料，纯度高于99.999%，优选的金属碳化物涂层，可以是钽、铪、铌、钛、锆、钨和钒的碳化物或者以上碳化物组成的混合物。根据本技术的具体实施例，石墨板的材质和厚度不受特别限制，所述石墨板为圆环形，其直径为石墨坩埚内径的90-95%，内径为石墨坩埚内径的40-50%，厚度为2-5mm；所述石墨板为高纯材料，纯度高于99.999%。在实际的生产过程中，该装置具体的工作方式如下：1）将厚度大于50μm的抑制层设置于石墨坩埚底部、侧部和顶部的内壁以及圆环形石墨板的表面。2）将碳化硅原料放入坩埚底部，将石墨板置于粉料之上，之后依次安装碳化硅单晶籽晶和石墨坩埚上盖。3）将安装完毕的坩埚置于传统的生长室中，通过感应线圈对生长室进行加热，使坩埚内部温度达到2000℃以上，碳化硅单晶籽晶逐渐生长为碳化硅单晶体，其中，所述的生长碳化硅晶体，其晶体结构为2H、4H、6H、3C或15R多形体中的某种结构。综上所述本技术的装置结构简单，并能利用石墨坩埚底部、侧部和顶部的内壁以及圆环形石墨板表面的金属碳化物涂层来抑制碳粉的形成，以及减少碳粉直接向上输运，从而高效降低碳粒子包裹体的装置，降低碳化硅单晶体中的缺陷、提升晶体品质。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置，其特征在于，包括：石墨坩埚、石墨板和抑制层，其中，所述坩埚为圆柱形，由上盖和埚体组成，并通过螺纹连接；所述石墨板为圆环形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于SiC粉料之上；所述抑制层设置于所述石墨坩埚底部、侧部和顶部的内壁上以及所述石墨板的表面，用于在碳化硅结晶过程中，抑制所述石墨坩埚和石墨板中碳粉的形成；并且，所述抑制层为金属碳化物涂层，该涂层的热膨胀系数与所述石墨板相同。

【技术特征摘要】
1.一种降低碳化硅单晶中碳粒子包裹体的装置，其特征在于，包括：石墨坩埚、石墨板和抑制层，其中，所述坩埚为圆柱形，由上盖和埚体组成，并通过螺纹连接；所述石墨板为圆环形，设置于所述石墨坩埚的内腔中，并位于SiC粉料之上；所述抑制层设置于所述石墨坩埚底部、侧部和顶部的内壁上以及所述石墨板的表面，用于在碳化硅结晶过程中，抑制所述石墨坩埚和石墨板中碳粉的形成；并且，所述抑制层为金属碳化物涂层，该涂层的热膨胀系数与所述石墨板相同。2.如权利要求1所述的装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛晓龙，杨昆，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