快速制备碳化硅的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快速制备碳化硅的装置，涉及碳化硅技术领域。所述装置将碳化硅块放置于第一生长腔与第二生长腔之间，籽晶位于第一生长腔的多孔氮化硼内衬中，通过内置热偶及液态金属冷却液的陶瓷籽晶杆给籽晶降温，使其附近建立起合适的生长温度和温度梯度。通过生长腔主体进入多孔氮化硼内衬中布置热电偶，监控生长环境的生长温度和气氛中的温度梯度，生长腔主体上的载气管道将使得高温载气携带碳化硅挥发出的气体至籽晶上进行生长。所述装置的温度梯度及输运过程可控，制备的碳化硅质量较高。

Device for rapid preparation of silicon carbide

The invention discloses a device for rapidly preparing silicon carbide, which relates to the technical field of silicon carbide. The device places the silicon carbide block between the first long cavity and the second growth cavity, the seed crystal is located in the porous boron nitride inner lining of the second long cavity, and the seed crystal is cooled by the ceramic seed crystal rod with the built-in thermocouple and the liquid metal coolant, so as to establish the appropriate growth temperature and temperature gradient nearby. A thermocouple is arranged in the porous boron nitride inner liner through the main body of the growth chamber to monitor the growth temperature of the growth environment and the temperature gradient in the atmosphere. The carrier gas pipeline on the main body of the growth chamber will make the high temperature carrier gas carry the gas volatilized from silicon carbide to the seed crystal for growth. The temperature gradient and transportation process of the device are controllable, and the prepared silicon carbide has high quality.

【技术实现步骤摘要】
快速制备碳化硅的装置
本专利技术涉及碳化硅制备装置
，尤其涉及一种快速制备碳化硅的装置。
技术介绍
碳化硅是一种重要的宽禁带半导体材料，由于其禁带宽度大，高热导率、高高击穿电场、高的化学稳定性、高电子饱和迁移速率的特点，使其广泛应用于高频、高效、耐高压、耐高温、抗辐射等电力电子领域，其也是第五代移动通信的基础材料之一。由于其只有压力达到1010Pa，温度达到3200℃时才能形成化学计量比的熔体，直接通过熔体法进行生长极为困难。因此人们开始实验通过助溶剂法来降低熔体的饱和蒸汽压，并通过熔体法来制备碳化硅晶体。另一种方法为气相沉积法，在反应室2000-2300℃的温度下，SiH4通过载气（通常为H2）携带并与C2H4或者C3H8混合进入反应室制备碳化硅，反应压力为40KPa左右。该方法可以制备高纯碳化硅且晶体缺陷低的特点，但是该方法尚不成熟。目前最为成熟生长方法为物理气相输运法，其通过碳化硅颗粒被加热到2000℃以上升华，升华气体再次在籽晶上生长为碳化硅单晶。但是由于硅的饱和蒸汽压要高于碳元素，因此在升华气体中很容易因为硅和碳的饱和蒸汽压不同很容易在籽晶上形成碳涂层现象，破坏生长。另外在该方法生长过程中的微管缺陷也难以控制。根据目前的理论，这些缺陷都与生长界面的温度分布、生长界面的形貌等有关，因此需要很好的控制整个生长过程的气体输运过程和生长区域的温度梯度分布，这也是制备碳化硅晶体的关键参数。因此需要一种温度梯度及输运过程可控的方法来制备高质量的碳化硅晶体。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种温度梯度及输运过程可控的快速制备碳化硅的装置。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种快速制备碳化硅的装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体的内部设置有生长腔主体，所述生长腔主体的上端开口上设置有生长腔上盖，所述生长腔主体与生长腔上盖构成第二生长腔，所述第二生长腔的上侧设置有上电阻加热器，所述第二生长腔的外周从上到下设置有上感应线圈和主感应线圈，所述第二生长腔的下侧设置有下感应线圈，通过所述上电阻加热器、上感应线圈、主感应线圈和下感应线圈对所述第二生长腔进行加热；所述第二生长腔内设置有多孔氮化硼内衬主体，所述内衬主体上设置有若干个内衬孔，所述内衬主体的上端开口处设置有氮化硼内衬上盖，所述多孔氮化硼内衬主体与所述氮化硼内衬上盖构成第一生长腔，所述第一生长腔与第二生长腔之间的空间内设置有碳化硅块；所述陶瓷籽晶杆的下端从上到下依次穿过炉体、生长腔上盖、氮化硼内衬上盖后进入到所述第一生长腔内，所述陶瓷籽晶杆内设置有液态冷却金属腔，所述通过液态冷却金属注入管向冷却金属腔注入液态金属，所述碳化硅籽晶杆位于第一生长腔内的一端上固定连接有籽晶夹持，所述碳化硅籽晶固定在所述籽晶夹持上，所述炉体上设置有充气管和排气管，通过所述充气管向所述炉体内冲入惰性气体；所述碳化硅块在受热升华为SimCn气体后，通过载气的作用源源不断的进入到第一生长腔内，SimCn气体传输到碳化硅籽晶的固/气界面上形成碳化硅晶体并不断长大，直至生长至所需尺寸，其中，m=1或2，n=0、1或2。进一步的技术方案在于：所述上电阻加热器设置有两个，分别位于所述碳化硅籽晶杆的左右两侧，每个所述上电阻加热器的上侧设置有一个导流屏，所述导流屏用于将生长腔内挥发出的气体导流至沉积板附近。进一步的技术方案在于：每个所述导流屏上侧的炉体内壁上设置有一个沉积板，所述沉积板用于沉积收集未参与沉积的升华的SimCn气体，所述沉积板内部有水冷装置，用于降低其表面温度。进一步的技术方案在于：所述陶瓷籽晶杆包括液态金属导流管，所述液态金属导流管的下端设置有连接部，所述连接部的内径大于所述导流管的内径，且所述导流管与所述连接部内的腔体相连通，所述连接部的外周设置有外螺纹，籽晶夹持上设置有内螺纹，籽晶夹持与所述连接部之间通过相互配合的螺纹固定连接，所述籽晶夹持的下端设置有籽晶夹持腔，碳化硅籽晶的上端插入到所述籽晶夹持腔内，且通过位于所述夹持腔两侧的籽晶顶丝螺杆进行固定。进一步的技术方案在于：所述液态金属导流管内设置有液态冷却金属注入管，所述液态冷却金属注入管内设置有第一热电偶，所述第一热电偶的下端嵌入连接部的底部，用于测量碳化硅籽晶处的温度信息，所述液态冷却金属注入管用于向所述连接部的腔体内注入液态冷却金属。进一步的技术方案在于：所述陶瓷籽晶杆与所述生长腔上盖之间设置有陶瓷挡塞，所述氮化硼内衬上盖内部设置内加热丝，用于防止连接部沉积碳化硅；所述内加热丝的供电导线经过陶瓷挡塞上的陶瓷挡塞电极孔引出。进一步的技术方案在于：所述生长腔主体的左侧壁、下侧壁和右侧壁上设置有一根以上的侧壁载气管，所述侧壁载气管的内侧与所述生长腔主体相连通，所述侧壁载气管的外侧端部延伸至所述炉体的外侧，所述生长腔主体的下侧壁上设置有下壁热电偶腔，所述生长腔主体的右侧壁上设置有右壁热电偶腔，所述右壁热电偶腔和下壁热电偶腔通过螺纹连接的方式固定在生长腔主体上。待多孔氮化硼内衬主体放置入生长腔主体后再将右壁热电偶腔和下壁热电偶腔连接在生长腔主体上。进一步的技术方案在于：所述多孔氮化硼内衬主体在与所述下壁热电偶腔相对应的位置设置有内衬下壁热电偶插孔，所述多孔氮化硼内衬主体在与所述右壁热电偶腔相对应的位置设置有内衬右壁热电偶插孔。进一步的技术方案在于：所述右壁热电偶腔内设置有第二热电偶，所述下壁热电偶腔内设置有第三热电偶，所述第二热电偶用于测量所述多孔氮化硼内衬主体右侧中部的温度信息，所述第三热电偶用于测量所述多孔氮化硼内衬主体底侧中部的温度信息，位于所述第一生长腔外的所述第二热电偶和第三热电偶的外周设置水冷铜线圈。进一步的技术方案在于：所述侧壁载气管与所述炉体的接触部设置有电铸金属接口，通过所述电铸金属接口实现与炉体的密封连接；所述侧壁载气管、进气管以及排气管上设置有阀体。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述装置统将碳化硅块放置于第一生长腔与第二生长腔之间，籽晶位于第一生长腔的多孔氮化硼内衬中，通过内置热偶及液态金属冷却液的陶瓷籽晶杆给籽晶降温，使其附近建立起合适的生长温度和温度梯度。通过生长腔主体进入多孔氮化硼内衬中布置热电偶，监控生长环境的生长温度和气氛中的温度梯度，生长腔主体上的载气管道将使得高温载气携带碳化硅挥发出的气体至籽晶上进行生长。本申请所述装置的温度梯度及输运过程可控，制备的碳化硅质量较高。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例中所述装置的剖视结构示意图；图2是本专利技术实施例所述装置中多孔氮化硼内衬的剖视结构示意图；图3是本专利技术实施例所述装置中生长腔主体的剖视结构示意图；图4是本专利技术实施例所述装置中陶瓷挡塞的剖视结构示意图；图5是本专利技术实施例所述装置中籽晶杆中液态金属导流管与连接部的剖视结构示意图；图6是本专利技术实施例所述装置中籽晶夹持的剖视结构示意图；图7是本专利技术实施例所述装置中氮化硼内衬上盖的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速制备碳化硅的装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体的内部设置有生长腔主体（8），所述生长腔主体（8）的上端开口上设置有生长腔上盖（7），所述生长腔主体（8）与生长腔上盖（7）构成第二生长腔，所述第二生长腔的上侧设置有上电阻加热器（6），所述第二生长腔的外周从上到下设置有上感应线圈（20）和主感应线圈（19），所述第二生长腔的下侧设置有下感应线圈（14），通过所述上电阻加热器（6）、上感应线圈（20）、主感应线圈（19）和下感应线圈（14）对所述第二生长腔进行加热；所述第二生长腔内设置有多孔氮化硼内衬主体（18），所述内衬主体上设置有若干个内衬孔（18-3），所述内衬主体的上端开口处设置有氮化硼内衬上盖（23），所述多孔氮化硼内衬主体（18）与所述氮化硼内衬上盖（23）构成第一生长腔，所述第一生长腔与第二生长腔之间的空间内设置有碳化硅块（27）；所述陶瓷籽晶杆（1）的下端从上到下依次穿过炉体、生长腔上盖（7）、氮化硼内衬上盖（23）后进入到所述第一生长腔内，所述陶瓷籽晶杆（1）内设置有液态冷却金属腔，通过所述液态冷却金属注入管（1-4）向冷却金属腔注入液态金属，所述碳化硅籽晶杆位于第一生长腔内的一端上固定连接有籽晶夹持（28），所述碳化硅籽晶（10）固定在所述籽晶夹持（28）上，所述炉体上设置有充气管（17）和排气管（24），通过所述充气管（17）向所述炉体内冲入惰性气体；所述碳化硅块（27）在受热升华为Si...

【技术特征摘要】
1.一种快速制备碳化硅的装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体的内部设置有生长腔主体（8），所述生长腔主体（8）的上端开口上设置有生长腔上盖（7），所述生长腔主体（8）与生长腔上盖（7）构成第二生长腔，所述第二生长腔的上侧设置有上电阻加热器（6），所述第二生长腔的外周从上到下设置有上感应线圈（20）和主感应线圈（19），所述第二生长腔的下侧设置有下感应线圈（14），通过所述上电阻加热器（6）、上感应线圈（20）、主感应线圈（19）和下感应线圈（14）对所述第二生长腔进行加热；所述第二生长腔内设置有多孔氮化硼内衬主体（18），所述内衬主体上设置有若干个内衬孔（18-3），所述内衬主体的上端开口处设置有氮化硼内衬上盖（23），所述多孔氮化硼内衬主体（18）与所述氮化硼内衬上盖（23）构成第一生长腔，所述第一生长腔与第二生长腔之间的空间内设置有碳化硅块（27）；所述陶瓷籽晶杆（1）的下端从上到下依次穿过炉体、生长腔上盖（7）、氮化硼内衬上盖（23）后进入到所述第一生长腔内，所述陶瓷籽晶杆（1）内设置有液态冷却金属腔，通过所述液态冷却金属注入管（1-4）向冷却金属腔注入液态金属，所述碳化硅籽晶杆位于第一生长腔内的一端上固定连接有籽晶夹持（28），所述碳化硅籽晶（10）固定在所述籽晶夹持（28）上，所述炉体上设置有充气管（17）和排气管（24），通过所述充气管（17）向所述炉体内冲入惰性气体；所述碳化硅块（27）在受热升华为SimCn气体后，通过载气的作用源源不断的进入到第一生长腔内，SimCn气体传输到碳化硅籽晶（10）的固/气界面上形成碳化硅晶体并不断长大，直至生长至所需尺寸，其中，m=1或2，n=0、1或2。


2.如权利要求1所述的快速制备碳化硅的装置，其特征在于：所述上电阻加热器（6）设置有两个，分别位于所述碳化硅籽晶杆（1）的左右两侧，每个所述上电阻加热器（6）的上侧设置有一个导流屏（5），所述导流屏用于将生长腔内挥发出的气体导流至沉积板（25）附近。


3.如权利要求2所述的快速制备碳化硅的装置，其特征在于：每个所述导流屏（5）上侧的炉体内壁上设置有一个沉积板（25），所述沉积板用于沉积收集未参与沉积的升华的SimCn气体，所述沉积板（25）内部有水冷装置，用于降低其表面温度。


4.如权利要求1所述的快速制备碳化硅的装置，其特征在于：所述陶瓷籽晶杆（1）包括液态金属导流管（1-1），所述液态金属导流管（1-1）的下端设置有连接部（1-2），所述连接部（1-2）的内径大于所述导流管的内径，且所述导流管与所述连接部（1-2）内的腔体相连通，所述连接部（1-2）的外周设置有外螺纹（1-3），籽晶夹持（28）上设置有内螺纹（28-1），籽晶夹持（28）与所述连接部（1-2）之间通过相互配合的螺纹固定连接，所述籽晶夹持（28...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，
申请(专利权)人：衡水学院，
类型：发明
国别省市：河北;13