一种晶体生长装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种晶体生长装置，该装置包括：上坩埚，上坩埚的底部设置有多个上筛孔；下坩埚，其位于上坩埚的下方，下坩埚的底部封闭，顶部设置有多个下筛孔，下筛孔与上筛孔错位设置；保温结构，所述上坩埚和下坩埚均设置在保温结构腔内；升降装置，包括控制上坩埚移动的第一升降装置及控制下坩埚移动的第二升降装置。本实用新型专利技术装置通过设置上坩埚和下坩埚，通过上坩埚底部的上筛孔，将晶体生长过程中碳化后的粉料滤掉；通过下坩埚顶部的下筛孔，用于收集碳化后的粉料，减少了碳化后的粉料进入气相组分中，且通过控制上坩埚升降，使得晶体生长用粉料碳化均匀，有效减少了包裹体、微管、位错等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体生长装置
本技术涉及一种晶体生长装置，属于晶体生长的

技术介绍
碳化硅(SiC)单晶具有高导热率、高击穿电压、载流子迁移率极高、化学稳定性很高等优良的半导体物理性质，可以制作成在高温、强辐射条件下工作的高频、高功率电子器件和光电子器件，在国防、高科技、工业生产、供电、变电领域有巨大的应用价值，被看作是极具发展前景的第三代宽禁带半导体材料。PVT法生长碳化硅单晶的生长过程是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对平衡的状态。随着晶体生长的进行，碳化硅原料中的硅组分不断地升华减少，硅的流失将逐渐严重，粉料逐渐碳化，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碳包裹体缺陷。包裹体缺陷会诱生微管、位错、层错等缺陷，严重影响碳化硅单晶质量。因此，如何在碳化硅单晶生长过程中，阻止中后期粉料中的碳颗粒进入晶体中，减少单晶中的碳包覆体，是目前碳化硅单晶生长过程中急需解决的一个技术难题。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。该专利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；但该专利的装置过滤碳杂质又进入坩埚原料中，粉料将不断碳化，碳化粉料会随着坩埚原料再次升华，影响了长晶效率和晶体的质量。CN107059130B公开了一种减少碳化硅单晶中包裹体的新型坩埚及使用坩埚生长单晶的方法，包括外坩埚和坩埚盖，在外坩埚内设置有内坩埚，所述的内坩埚包括底部和侧壁，侧壁为双层侧壁，双层侧壁包括内壁和外壁，内壁上设置有贯穿内壁的小孔，双层侧壁上端口设置有密封内壁与外壁之间夹层的环形端盖。该技术的内坩埚将处于高温位置容易碳化的SiC粉料封闭于内坩埚的内壁与外壁之间的夹层中，粉料碳化后的微小碳颗粒不能输运到籽晶表面，同时内腔中的粉料对夹层中热解的气相起到过滤作用，避免了碳颗粒传输到SiC单晶表面，从而大大减少SiC单晶中的碳包裹体。但是该专利只能阻止坩埚侧壁碳化后的微小碳颗粒不能输运到籽晶表面，坩埚底部也有大量碳化后的粉料生成，不能阻止坩埚底部碳化后的微小碳颗粒不能输运到籽晶表面，且该专利SiC粉料在该装置内不同位置的温度差非常大，碳化不均匀，导致气相组分中成分不均匀，也会影响长晶的质量。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种晶体生长装置及长晶方法，通过设置上坩埚和下坩埚，上坩埚底部设置筛孔，将碳化后的粉料从晶体生长原料中过滤掉，且通过设置升降装置使得长晶过程中晶体生长原料碳化均匀，避免碳包裹体的缺陷。本申请采用的技术方案如下：本技术提供了一种晶体生长装置，所述装置包括：上坩埚，所述上坩埚用于晶体的生长，上坩埚的底部设置有多个上筛孔；下坩埚，所述下坩埚位于上坩埚的下方，下坩埚的底部封闭，顶部设置有多个下筛孔，所述下筛孔与上筛孔错位设置；保温结构，所述上坩埚和下坩埚均设置在保温结构腔内；升降装置，包括控制上坩埚上下移动的第一升降装置及控制下坩埚上下移动的第二升降装置。优选的，所述上筛孔为圆柱形通孔，和/或所述下筛孔为圆柱形通孔；所述圆柱形通孔的直径为5～10mm，相邻圆柱形通孔的距离为2～10mm。优选的，所述上筛孔为圆台形通孔，和/或所述下筛孔为倒圆台形通孔；所述圆台形通孔的上直径为2～8mm，下直径为9～15mm，相邻圆台形通孔的距离为2～10mm；所述倒圆台形通孔的上直径为9～15mm，下直径为2～8mm，相邻倒圆台形通孔的距离为2～10mm。优选的，所述装置还包括炉体，保温结构设置在炉体内部，炉体外环绕设置有加热装置。优选的，所述第一升降装置包括第一支柱及由第一丝杠传动机构驱动的第一升降台，第一支柱的一端固定在上坩埚的顶部，另一端依次穿过保温结构和炉体与第一升降台连接；所述第二升降装置包括第二支柱及由第二丝杠传动机构驱动的第二升降台，第二支柱的一端固定在下坩埚的底部，另一端依次穿过保温结构和炉体与第二升降台连接。优选的，所述第一丝杠传动机构和第二丝杠传动机构均包括滚珠丝杆、丝杆螺母、支架和电机，滚珠丝杆与丝杆螺母螺纹配合，丝杆螺母与第一升降台或第二升降台固定连接，滚珠丝杆转动支撑在所述支架上，电机通过联轴器带动滚珠丝杆转动。优选的，所述上坩埚的底部设置有上凸柱，上凸柱与下筛孔区配设置；所述下坩埚的顶部设置有下凸柱，下凸柱与上筛孔区配设置。优选的，所述上坩埚的底部设置有向下延伸的边沿挡板；所述下坩埚的侧壁顶端上设置有向下延伸的凹槽导轨，边沿挡板在凹槽导轨中上下移动。优选的，所述上坩埚和下坩埚均为筒状结构，下坩埚的直径与上坩埚的直径相同，下坩埚的高度小于上坩埚的高度。优选的，所述上坩埚与下坩埚均为石墨坩埚，上坩埚的顶部粘结有籽晶。本技术的有益效果为：(1)本技术装置通过设置上坩埚和下坩埚，上坩埚底部设有上筛孔，能将晶体生长过程中碳化后的粉料滤掉；且下坩埚顶部设有下筛孔，用于收集碳化后的粉料，减少了碳化后的粉料进入气相组分中；上筛孔和下筛孔错位设置实现了将碳化后的粉料按要求隔离；且通过控制上坩埚的升降，使得晶体生长用粉料碳化均匀，保证了气相组分的均匀性，有效减少了包裹体、微管、位错等缺陷。(2)本技术的装置结构简单，不仅能保证粉料碳化均匀彻底，还能随时收集碳化后的粉料，大大提高了晶体生长的质量。(3)本技术通过控制上坩埚的升降，使上坩埚和下坩埚贴合对接，达到晶体生长用粉料碳化均匀彻底，气相组分中碳和硅比例均匀，晶体生长缺陷少；通过控制下坩埚的升降，使上坩埚和下坩埚分离，下坩埚收集碳化后的粉料，达到上下筛孔的定时开关、闭合，实现高品质晶体生长。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本技术晶体生长装置的结构示意图；图2为本技术晶体生长装置一使用状态示意图；图3为本技术涉及到的晶体生长装置的示意图；图4为本技术装置中上坩埚的示意图；图5为本技术装置中下坩埚的示意图；其中，1、炉体；2、保温结构；3、上坩埚；31、上筛孔；32、上凸柱；33、边沿挡板；4、下坩埚；41、下筛孔；42、下凸柱；43、凹槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体生长装置，其特征在于，所述装置包括：/n上坩埚，所述上坩埚用于晶体的生长，上坩埚的底部设置有多个上筛孔；/n下坩埚，所述下坩埚位于上坩埚的下方，下坩埚的底部封闭，顶部设置有多个下筛孔，所述下筛孔与上筛孔错位设置；/n保温结构，所述上坩埚和下坩埚均设置在保温结构腔内；/n升降装置，包括控制上坩埚上下移动的第一升降装置及控制下坩埚上下移动的第二升降装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶体生长装置，其特征在于，所述装置包括：
上坩埚，所述上坩埚用于晶体的生长，上坩埚的底部设置有多个上筛孔；
下坩埚，所述下坩埚位于上坩埚的下方，下坩埚的底部封闭，顶部设置有多个下筛孔，所述下筛孔与上筛孔错位设置；
保温结构，所述上坩埚和下坩埚均设置在保温结构腔内；
升降装置，包括控制上坩埚上下移动的第一升降装置及控制下坩埚上下移动的第二升降装置。


2.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述上筛孔为圆柱形通孔，和/或所述下筛孔为圆柱形通孔；
所述圆柱形通孔的直径为5～10mm，相邻圆柱形通孔的距离为2～10mm。


3.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述上筛孔为圆台形通孔，和/或所述下筛孔为倒圆台形通孔；
所述圆台形通孔的上直径为2～8mm，下直径为9～15mm，相邻圆台形通孔的距离为2～10mm；所述倒圆台形通孔的上直径为9～15mm，下直径为2～8mm，相邻倒圆台形通孔的距离为2～10mm。


4.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述装置还包括炉体，保温结构设置在炉体内部，炉体外环绕设置有加热装置。


5.根据权利要求4所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第一升降装置包括第一支柱及由第一丝杠传动机构驱动的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张虎，刘圆圆，周敏，郑荣庆，高立志，刘伟，周国顺，
申请(专利权)人：山东天岳先进材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37