一种用于晶体生长的反应器制造技术

本申请涉及一种用于晶体生长的反应器，属于晶体材料制备领域。该用于晶体生长的反应器包括：坩埚组件，其包括：坩埚主体、坩埚盖和设置在坩埚主体内的螺旋隔板组件，装载在坩埚主体内的原料升华后至少部分经螺旋隔板组件形成的螺旋气流通道后进行晶体生长；支撑部件和加热部件，坩埚组件还可以转动。本申请的反应器改变传统的气相传输方式，由传统的垂直向上传输转换为螺旋向上传输，实现对晶体生长过程中大颗粒杂质的有效格挡，降低晶体中的缺陷密度，提高晶体质量；并且不会造成气相向上传输困难，无需过高生长温度，降低能耗；本申请可以对真空下的气相传输起到控制作用，真空下的单晶生长速率快、生长温度低，且气相可以有序向上传输，生长的晶体的缺陷少，降本增效。

A Reactor for Crystal Growth

【技术实现步骤摘要】
一种用于晶体生长的反应器
本申请涉及一种用于晶体生长的反应器，属于晶体材料制备领域。
技术介绍
碳化硅是典型的宽禁带半导体材料，是继硅、砷化镓之后的第三代半导体材料代表之一。碳化硅材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子迁移率等优异特性，成为制备高温、高频、高功率及抗辐射器件的热门材料之一。目前碳化硅生长的方法主要有物理气相传输法(PVT)、液相外延法(LPE)、化学气相沉积法(CVD)等，其中PVT法是应用最成熟的方法，也是目前唯一的一种可以提供商用碳化硅衬底需求的生长方法。PVT法生长碳化硅单晶的生长过程在密闭的石墨坩埚中进行，因此在高温下生长环境处于富碳气氛下。晶体生长初期，由于硅组分的蒸气分压较高，因此晶体生长界面处于硅组分和碳组分相平衡的状态。随着晶体生长的进行，碳化硅原料中的硅组分不断升华减少，导致生长腔室内的气相组分逐渐失衡成为富碳状态。在富碳的生长环境下，晶体生长的前沿界面会有碳的富集并形成大颗粒的碳包裹物缺陷。此外，碳化硅原料中的大颗粒金属杂质、硅包裹体等在传统的碳化硅气相由下向上传输过程中也会跟随气相进入到碳化硅单晶中进而形成大颗粒杂质缺陷。大颗粒缺陷会诱生微管、位错、层错等缺陷，严重影响到碳化硅衬底质量进而影响外延层质量和器件性能。目前解决碳化硅单晶中大颗粒杂质缺陷的一大主流方向是在碳化硅气相传输路径上设置石墨滤网起到隔离大颗粒杂质向上传输的作用。中国专利申请CN207498521U公开了一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚、石墨盖和石墨软毡保温层，所述石墨盖位于石墨坩埚顶部封闭所述石墨坩埚，所述石墨盖内侧中心突出区域粘合有籽晶片，所述石墨软毡保温层包覆所述石墨坩埚的周围、顶部、底部，所述石墨坩埚内放置有碳化硅粉末，所述石墨坩埚内碳化硅粉末与籽晶片之间的区域架设石墨支撑环，所述石墨支撑环上安装有导流筒，所述导流筒内固定一层或多层的金属过滤片，所述金属过滤片内均匀分布有通孔。本技术在坩埚内原料与籽晶之间的空间装设耐高温的金属过滤片与导流筒，可以有效过滤掉碳杂质，避免在晶体生长过程中形成碳包裹物，进而引发微管、位错等缺陷的产生，生成高质量的碳化硅单晶。该专利申请方案可以有效控制碳化硅单晶中大颗粒杂质缺陷的密度，但是石墨滤网的存在往往会造成碳化硅气相向上传输的难度，需要提高温度才能实现气相向籽晶传输的稳定性，而温度的提高则会大大增加晶体中应力及其他缺陷的产出几率，碳化硅单晶的质量无法得到保证。并且在晶体生长过程中，传统的气相传输方式的真空生长下的气相无法得到有效控制，单晶生长速率极快且结晶质量极差，微管、多型、位错等缺陷明显增多。
技术实现思路
为了解决上述问题，本申请提出了一种用于晶体生长的反应器，本申请改变传统的PVT法制备晶体的气相传输方式，由传统的垂直向上传输转换为螺旋向上传输，实现对晶体生长过程中大颗粒杂质的有效格挡，降低晶体中的缺陷密度，提高晶体质量；并且不会造成气相向上传输困难，无需过高生长温度，降低能耗；本申请可以对真空下的气相传输起到控制作用，真空下的单晶生长速率快、生长温度低，且气相可以有序向上传输，生长的晶体缺陷少，降本增效。该用于晶体生长的反应器，包括：坩埚组件，其包括：坩埚主体、坩埚盖和设置在坩埚主体内的至少一个螺旋隔板组件，装载在坩埚主体内的原料升华后至少部分经螺旋隔板组件形成的螺旋气流通道后进行晶体生长；位于坩埚盖内侧并适于支撑生长晶体的支撑部件；以及适于将所述坩埚组件保持在生长晶体的温度的加热部件。可选的，所述坩埚组件可转动。优选地，所述坩埚组件的转动速度为10-200转/h。可选地，所述螺旋隔板组件的至少部分直径和其相同高度的坩埚主体内径相同。优选的，坩埚主体下部的直径小于上部。优选地，所述螺旋隔板组件和坩埚主体内壁的构造包括形成均匀螺旋气流通道。可选地，所述螺旋隔板组件的轴线与所述坩埚主体的轴线平行。可选地，所述螺旋隔板组件包括2-6个螺旋叶片。优选地，所述螺隔板组件包括4个螺旋叶片。可选地，所述螺旋隔板组件为包括螺旋叶片的螺旋轴，螺旋隔板包括具有一定厚度的螺旋叶片，螺旋叶片直径与螺旋轴的轴部直径比大于2：1。优选地，所述螺旋叶片的间距相同。可选地，所述螺旋隔板组件包括设置在原料区的原料区螺旋隔板。优选地，所述原料区螺旋隔板的螺旋角为60°-90°，垂直方向的单个叶面角度为90°-360°。该角度配合坩埚旋转可以实现碳化硅气相的螺旋上升，且不会对气相传输造成太大阻碍。可选地，所述螺旋隔板组件还包括设置在气相传输区的气相传输区螺旋隔板。优选地，所述气相传输区螺旋隔板的螺旋角为60°-90°，垂直方向的单个叶面角度为60°-180°。，该角度可以更好的格挡大颗粒杂质，并且不需要提高长晶温度。可选地，所述原料区螺旋隔板与所述气相传输区螺旋隔板的高度比为：48-180:12-45。可选地，所述原料区螺旋隔板包括2-6个螺旋叶片，所述气相传输区螺旋隔板包括2-6个螺旋叶片。可选地，所述气相传输区螺旋隔距离原料的距离、气相传输区螺旋隔板长度和气相传输区螺旋隔板距离籽晶的距离的比值为：20-80:12-45:68-245。可选地，所述螺旋隔板组件包括设置在气相传输区的气相传输区螺旋隔板。可选地，所述螺旋隔板组件还包括设置在原料区的原料区螺旋隔板。可选地，所述气相传输区螺旋隔板与原料区螺旋隔板的螺旋方向不同。优选地，坩埚组件的转动方向与原料区螺旋隔板的螺旋方向相反，与气相传输区螺旋隔板的螺旋方向相同。气相传输区螺旋隔板的位置大致在坩埚主体内装载原料的上表面和长晶结束后的晶体下表面的气相传输区；原料区大致为坩埚主体内放置原料的区域。可选地，所述坩埚组件被绝热材料所包围，所述坩埚组件被插入石英容器内，所述加热部件为感应型，所述坩埚组件的材质包括石墨。优选地，所述坩埚和绝热材料可转动。通过原料区螺旋隔板以及坩埚组件的定向旋转，将原料区碳化硅气相向上传输的路径由传统的垂直向上传输转换为螺旋向上传输，结合气相传输区螺旋隔板对向上传输的气相进行格挡过滤，阻止大颗粒杂质向晶体方向传输进入晶体，降低碳化硅单晶的缺陷密度。优选为原料区螺旋隔板和气相传输区螺旋隔板的螺旋方向不同。根据本申请的另一方面，提供了一种用于晶体生长的反应器在制备碳化硅或三组元素氮化物的晶体的方面的应用。本申请能产生的有益效果包括但不限于：1.本申请所提供用于晶体生长的反应器，通过反应器的坩埚主体内设置螺旋隔板组件，改变了传统的碳化硅气相传输方式，由传统的垂直向上传输转换为螺旋向上传输，螺旋隔板组件对向上传输的气相进行格挡过滤，阻止大颗粒杂质向晶体方向传输进入晶体，降低碳化硅等单晶的缺陷密度；既可以对大颗粒杂质进行有效的格挡，又不会造成气相向上传输困难，无需过高生长温度，降低能耗。2.传统气相传输方式下，真空生长下的气相无法得到有效控制，单晶生长速率极快且结晶质量极差，微管、多型、位错等缺陷明显增多，本申请所提供用于晶体生长的反应器通过两个螺旋隔板和坩埚组件的定向旋转，改变气相传输路径的同时对气相传输速率起到明显抑制调控作用，可以对真空下的气相传输起到控制作用，真空下的单晶生长速率较快且气相可以有序向上传输，生长的晶体的缺陷较少，实现真空低温快速生长，降低生长温度、减少生长时间，节能降本增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于晶体生长的反应器，其特征在于，该反应器包括：坩埚组件，其包括：坩埚主体、坩埚盖和设置在坩埚主体内的至少一个螺旋隔板组件，装载在坩埚主体内的原料升华后至少部分经螺旋隔板组件形成的螺旋气流通道后进行晶体生长；位于坩埚盖内侧并适于支撑生长晶体的支撑部件；以及适于将所述坩埚组件保持在生长晶体的温度的加热部件。

【技术特征摘要】
1.一种用于晶体生长的反应器，其特征在于，该反应器包括：坩埚组件，其包括：坩埚主体、坩埚盖和设置在坩埚主体内的至少一个螺旋隔板组件，装载在坩埚主体内的原料升华后至少部分经螺旋隔板组件形成的螺旋气流通道后进行晶体生长；位于坩埚盖内侧并适于支撑生长晶体的支撑部件；以及适于将所述坩埚组件保持在生长晶体的温度的加热部件。2.根据权利要求1所述的用于晶体生长的反应器，其特征在于，所述坩埚组件可转动。3.根据权利要求1所述的用于晶体生长的反应器，其特征在于，所述螺旋隔板组件的至少部分直径和其相同高度的坩埚主体内径相同；优选地，所述螺旋隔板组件和坩埚主体内壁的构造包括形成均匀螺旋气流通道。4.根据权利要求1所述的用于晶体生长的反应器，其特征在于，所述螺旋隔板组件的轴线与坩埚主体的轴线大致平行。5.根据权利要求1所述的用于晶体生长的反应器，其特征在于，所述螺旋隔板组件包括2-6个螺旋叶片。6.根据权利要求1所述的用于晶体生长的反应器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李加林，张红岩，窦文涛，宗艳民，李斌，高超，刘家朋，李长进，李宏刚，孙元行，刘鹏飞，
申请(专利权)人：山东天岳先进材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37