生产碳化硅单晶用热辐射反射装置及其制备方法与应用制造方法及图纸

本申请公开了一种生产碳化硅单晶用热辐射反射装置及其制备方法与应用。所述装置能够形成热辐射反射镜面，所述热辐射反射镜面能够围绕于PVT法生产碳化硅单晶用长晶坩埚的外周，且能够将所述坩埚处散发出来的热量反射回所述坩埚处。本发明专利技术通过试验证明，在PVT法碳化硅长晶坩埚外周设所述装置可以降低长晶所用的功率，节约电能和长晶成本，同时可以降低碳化硅晶体出现晶体多型或微管等缺陷，提高良品率；另外，由于使用所述装置后热量主要反射回坩埚处，向外传导的热量很少，不需要对PVT法生产碳化硅单晶的装置外部进行降温，取代了长晶装置外的循环水或者进出风口的冷却方式，减小了长晶条件出现波动的几率。

【技术实现步骤摘要】
生产碳化硅单晶用热辐射反射装置及其制备方法与应用
本专利技术涉及碳化硅单晶生产工艺领域，具体涉及PVT法生产碳化硅单晶用热辐射反射装置及其制备方法与应用。
技术介绍
碳化硅是继硅、砷化镓之后的第三代宽禁带半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。高质量晶体是半导体和信息产业发展的基石，它的制备水平制约了下游器件的制备与性能。尽管近几年物理气相传输法(PVT)生长碳化硅晶体取得了长足的进步，但其生长晶体的稳定性仍需要进一步研究，如晶体生长过程中会受到循环水水温波动的影响，碳化硅晶体长晶过程的电力消耗过大。目前生长碳化硅晶体的长晶炉的炉腔外降温的方式主要有两种：在双层炉腔中心通循环水来冷却炉膛、在单层炉腔外设置保护罩加循环水来冷却，两种方法受限于循环水水温的控制，若水温发生波动，晶体生长条件就会发生波动，最终的结果都会使晶体生长条件波动影响长晶稳定性，导致晶体出现多型体或微管等缺陷，影响良品率。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种生产碳化硅单晶用热辐射反射装置及其制备方法与应用。一方面，本专利技术提供一种PVT法生产碳化硅单晶用热辐射反射装置，所述装置能够形成热辐射反射镜面，所述热辐射反射镜面能够围绕于PVT法生产碳化硅单晶用长晶坩埚的外周(如侧外周和/或上部和/或下部)，且能够将所述坩埚处(包括坩埚内部和/或外部)散发出来的热量反射回所述坩埚处(包括坩埚内部和/或外部)。在上述热辐射反射装置中，所述真空隔离罩能够罩设于所述坩埚外，所述特定材料层设置在所述真空隔离罩内表面，优选的，所述真空隔离罩的内表面的材质为石英；或所述热辐射反射装置包括支持物和设于所述支持物一侧面的特定材料层；PVT法生产碳化硅单晶时，所述支持物/所述真空隔离罩和所述特定材料层围绕于PVT法生产碳化硅单晶用长晶坩埚的外周，所述支持物/所述真空隔离罩的熔点和所述特定材料的熔点高于其各自所在位置处的最高温度；该最高温度指PVT法生产碳化硅单晶时相应的温度；所述支持物/所述真空隔离罩的材料与所述特定材料可以相同(如所述支持物的材料为一种金属，其一侧面即可作为热辐射反射镜面)，也可以不同(如在石英玻璃表面设金属镀层)；其中，所述热辐射反射镜面为所述特定材料层的外表面，和/或，所述热辐射反射镜面为所述支持物与所述特定材料层的交界面，且所述支持物为透明材质，优选，石英玻璃。在上述热辐射反射装置中，所述特定材料为金属、硅化合物、硼化物、碳化物或氮化物，更优选，金属；所述金属包括：钽、钨、钼、铱、铌、锗、铪、或其合金，更优选，钽；所述硼化物包括：碳化硼、氮化硼、硼化锆、硼化镧、硼化钛、硼化钽、硼化铬、硼化钨、硼化钼、硼化钒、或硼化铌；所述碳化物包括：碳化铬、碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钨、碳化钼、碳化钛、或碳化铌，优选，碳化钽；所述氮化物包括：氮化钛、氮化钨、氮化钼、氮化铬、氮化铌、氮化锆、氮化钽、或氮化钒。在上述热辐射反射装置中，所述特定材料为金属，所述金属为钽，所述特定材料层的厚度为3μm以上，或4-100μm，更优选，5-60μm，更优选，10-40μm，更优选，15-35μm；和/或，所述热辐射反射镜面的粗糙度小于25μm，优选所述热辐射反射镜面的粗糙度小于15μm。所述特定材料层的厚度具体可以根据所述特定材料的成分不同、与坩埚外壁之间的距离不同、能耗要求等实际情况和需要确定；所述特定材料层的厚度越小，反射热量的作用越弱，成本越低；所述特定材料层的厚度越大，反射热量的作用越强，但成本越高；所述特定材料层与坩埚之间的距离越大，反射热量的作用越弱，反之越强；本申请实施例试验结果表明，当Ta的厚度小于5μm时，不够致密，只能改善晶体质量但是不能明显降低能耗，但是Ta厚度在15-35μm或更大时，既能提升晶体质量，又能明显降低能耗。在具体实施时，所述特定材料的熔点具体可大于或等于所述支持物/所述真空隔离罩的内表面的材质的熔点，性质不活泼，不会对碳化硅单晶引入杂质即可。通常PVT法生产碳化硅单晶的装置如长晶炉都是由石英管制成的真空腔体，所述特定材料需要能承受的温度至少应该与石英管的熔点(1750℃)持平或者比石英管的熔点更高，这样才能保证安全生产。所述特定材料层镀于所述真空隔离罩内表面或外表面的方法不限于PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)等真空镀膜方法，所述PVD包括真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜、分子束外延；所述CVD包括常压化学气度相沉积、低压化学气相沉积和兼有CVD和PVD两者特点的等离子化学气相沉积；本申请实施例中具体为溅射镀膜。另一方面，本专利技术提供以上任一所述热辐射反射装置的制备方法，所述方法包括使用真空镀膜方法对所述真空隔离罩的内表面、或所述支持物的内表面或外表面进行镀膜，得到在所述真空隔离罩的内表面或在所述支持物的内表面或外表面形成所述特定材料层及所述热辐射反射镜面的所述热辐射反射装置。在上述制备方法中，所述真空镀膜方法为PVD或CVD；优选的，所述PVD为溅射镀膜。镀膜时要使用高纯靶材，且镀膜越致密，薄膜里的缺陷(如点缺陷或线缺陷等)越少越好。在上述制备方法中，所述溅射镀膜方法包括如下步骤：1)将所述真空隔离罩或所述支持物作为基底，先用丙酮清洗，然后用去离子水清洗；2)射室本底真空度为1.0×10-4～9.9×10-4Pa或者1.0×10-5～9.9×10-5Pa，溅射前通入镀膜室纯度不低于99.99％的氩气0.5～1h，压力0.1～1.5Pa；3)采用纯度不低于99.999％的所述金属作为靶材料，对所述基底进行靶溅射，溅射功率40-60W，溅射气体为不低于99.99％纯度的氩气，气压为0.2～2.7Pa，溅射2-3h，得到所述特定材料为金属(如钽)的所述热辐射反射装置。镀膜即所述特定材料层镀于所述真空隔离罩的外表面时，在实际生产时由于所述特定材料为金属时受高温易氧化而失去热辐射反射镜面作用，最终使所述热辐射反射装置不能起到很好的保温效果。可选地，所述基底的表面粗糙度不大于10μm。优选的，所述基底的表面粗糙度的范围为5～10μm。该基底的表面粗糙度的设置方式使得与基底接触的镀层表面致密，镀层效果好。另一方面，本专利技术保护以上任一所述热辐射反射装置、或所述方法得到的所述热辐射反射装置在PVT法生产碳化硅单晶中的应用，优选的，所述应用为提高PVT法生产碳化硅单晶质量、和/或降低PVT法生产碳化硅单晶的能耗；更优选的，所述提高PVT法生产碳化硅单晶质量包括：减少碳化硅单晶中的晶体多型(如面积)、晶格畸变、微管数量、和/或微管密度。本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过试验证明，在PVT法碳化硅长晶坩埚外周设热辐射反射装置可以把长晶坩埚内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PVT法生产碳化硅单晶用热辐射反射装置，其特征在于，所述热辐射反射装置能够形成热辐射反射镜面，所述热辐射反射镜面能够围绕于PVT法生产碳化硅单晶用长晶坩埚的外周，且能够将所述坩埚处散发出来的热量反射回所述坩埚处。/n

【技术特征摘要】
1.一种PVT法生产碳化硅单晶用热辐射反射装置，其特征在于，所述热辐射反射装置能够形成热辐射反射镜面，所述热辐射反射镜面能够围绕于PVT法生产碳化硅单晶用长晶坩埚的外周，且能够将所述坩埚处散发出来的热量反射回所述坩埚处。


2.根据权利要求1所述的热辐射反射装置，其特征在于，所述热辐射反射装置包括特定材料层和真空隔离罩，所述真空隔离罩能够罩设于所述坩埚外周，所述特定材料层设置在所述真空隔离罩内表面，优选的，所述真空隔离罩的内表面的材质为石英；或
所述热辐射反射装置包括支持物和设于所述支持物一侧面的特定材料层；
所述热辐射反射镜面为所述特定材料层的外表面，和/或，
所述热辐射反射镜面为所述支持物与所述特定材料层的交界面，且所述支持物为透明材质；优选，石英玻璃。


3.根据权利要求2所述的热辐射反射装置，其特征在于，所述特定材料为金属、硅化合物、硼化物、碳化物或氮化物，优选，金属；
所述金属包括：钽、钨、钼、铱、铌、锗、铪、或其合金，更优选，钽；
所述硼化物包括：碳化硼、氮化硼、硼化锆、硼化镧、硼化钛、硼化钽、硼化铬、硼化钨、硼化钼、硼化钒、或硼化铌；
所述碳化物包括：碳化铬、碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钨、碳化钼、碳化钛、或碳化铌，更优选，碳化钽；
所述氮化物包括：氮化钛、氮化钨、氮化钼、氮化铬、氮化铌、氮化锆、氮化钽、或氮化钒。


4.根据权利要求3所述的热辐射反射装置，其特征在于，所述特定材料为钽，所述特定材料层的厚度为3μm以上，优选，4-100μm，更优选，15-35μm；
和/或，所述热辐射反射镜面的粗糙度小于25μm，优选所述热辐射反射镜面的粗糙度小于15μm。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：方帅，高超，高宇晗，宗艳民，
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