一种碳化硅晶体生长的温度控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种碳化硅晶体生长的温度控制装置及方法，其通过将籽晶托的热量辐射方式改变为热传导方式，再利用半导体散热体特性，通过控制器控制半导体散热体的端电压，使石墨体传导的热流量变为可控的变量，从而实现一种简单直接的控制生长界面的温度与生长速率方式。率方式。率方式。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅晶体生长的温度控制装置


[0001]本技术涉及碳化硅晶体的制备领域，具体涉及一种碳化硅晶体生长的温度控制装置。

技术介绍

[0002]目前碳化硅单晶生长标准技术为籽晶升华法，也被称为物理气相输运生长法PVT。籽晶升华法是通过将一块籽晶放置于坩埚内的一处温度稍低区域，碳化硅SiC源(生长源)放置在石墨坩埚的底部，碳化硅SiC籽晶则放置在坩埚盖附近。坩埚通过射频感应或电阻加热至2300~2400℃，籽晶温度设定在比生长源温度低约100℃，这样使得升华的碳化硅SiC物质可以在籽晶上凝结并结晶。要维持碳化硅源向上输运的动能，需要在生长腔体纵轴向营造一个温度梯度，温度梯度约为20℃/cm，但实际的温度梯度参数会因各生产设备而异。
[0003]碳化硅晶体有多种的晶体型态，如常见的2H、4H、6H、3C、15R等。晶体型态形体的形成与界面的生长温度有密切的关系，如图1所示。任何偏离晶格严格周期性排列的现象都属于缺陷的范畴。因此为了减少晶体多种型态共存与缺陷产生，在生长过程中生长界面（籽晶表面）的温度控制成为一个很要的控制性参数。
[0004]目前的方法是以监测籽晶控背面的温度参数，然后调节感应加热器的输出来控制生长界面的温度。这种方法的缺点是改变了整体的热场梯度，而控制热场梯度的形成是一种很复杂且不够精准的方法。同时也会降低生长源的温度，从而导致生长速率下降。
[0005]有鉴于此，本申请人针对上述碳化硅生长过程中存在的诸多问题而深入构思，遂产生本案。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种简单且有效的碳化硅晶体生长的温度控制装置。
[0007]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0008]一种碳化硅晶体生长的温度控制装置，其包括控制器、外壳、设置在外壳内的加热器和石墨坩埚，
[0009]所述控制器连接加热器，加热器设置在石墨坩埚的外周；所述石墨坩埚包括坩埚本体和盖体，盖体内侧设有籽晶托；而在坩埚本体内则用于设置碳化硅生长源；
[0010]所述盖体上端设有一石墨体，该石墨体下端与籽晶托连接，上端则连接半导体散热体；半导体散热体连接直流电源和控制器；所述石墨体上设有两个测温点，半导体散热体上设有两个测温点，各测温点连接控制器。
[0011]所述石墨坩埚外周设置有隔热屏，该隔热屏设置在加热器和石墨坩埚之间。
[0012]所述石墨体外周套设一氧化铝管，而在氧化铝管外还设有隔热屏。
[0013]所述石墨体上的两个测温点分别设置在石墨柱的轴向中间位置，以及该轴向中间位置与半导体散热体与石墨体的接触面之间的中点位置；所述半导体散热体上的两个测温点分别设置在半导体散热体的上端面和下端面。
[0014]采用上述方案后，本技术通过将籽晶托的热量辐射方式改变为热传导方式，再利用半导体散热体特性，通过控制器控制半导体散热体的端电压，使石墨体传导的热流量变为可控的变量，从而实现一种简单直接的控制生长界面的温度与生长速率方式。
附图说明
[0015]图1为不同碳化硅晶体多型的形成与温度的关系图；
[0016]图2为本技术的结构示意图。
[0017]标号说明：
[0018]外壳1；加热器2；坩埚本体3；盖体4；石墨体5；半导体散热体6；隔热屏71、72；测温点T1、T2、T3、T4；籽晶托8；碳化硅生长源9；碳化硅晶体10；氧化铝管或氧化锆管11。
具体实施方式
[0019]如图2所示，本技术揭示了一种碳化硅晶体生长的温度控制装置，其包括控制器、外壳1、设置在外壳1内的加热器2和石墨坩埚，其中，控制器连接加热器2，加热器2设置在石墨坩埚的外周；石墨坩埚包括坩埚本体3和盖体4，盖体4内侧设有籽晶托8，用以在其上生长碳化硅晶体10；而在坩埚本体3内则用于设置碳化硅生长源9；盖体4上端设有一石墨体5，该石墨体5下端与籽晶托8连接，上端则连接半导体散热体6；半导体散热体6连接直流电源和控制器；石墨体5上设有两个测温点，半导体散热体6上设有两个测温点T3、T4，各测温点T1、T2、T3、T4连接控制器。
[0020]本技术通过将籽晶托8的热量辐射方式改变为热传导方式，再利用半导体散热体6特性，通过控制器控制半导体散热体6的端电压，使石墨体5传导的热流量变为可控的变量，从而实现一种简单直接的控制生长界面的温度与生长速率方式。
[0021]为了减少热量流失，保证晶体生长速率以及温度控制的精确度，在石墨坩埚外周设置有隔热屏71，该隔热屏71设置在加热器2和石墨坩埚之间。在石墨体5外周套设一氧化铝管或氧化锆管11，而在氧化铝管或氧化锆管11外还设有隔热屏72。氧化铝、氧化锆是热的绝缘体,且熔点在1900度以上, 当热屏效果比较好, 这样可降低石墨柱受外在的温度影响。隔热屏71、72可以选用石墨毡隔热屏。
[0022]石墨体5上的两个测温点T1、T2分别设置在石墨柱的轴向中间位置，以及该轴向中间位置与半导体散热体6与石墨体5的接触面之间的中点位置。半导体散热体6设置在外壳1外，其上的两个测温点T3、T4分别设置在半导体散热体6的上端面和下端面。控制器根据这四个测温点T1、T2、T3、T4的温差来计算并控制热传导率，并根据热传导率来改变半导体散热体6两端的电压差，改变热传导系数，进而改变所传导的热量，改变生长界面温度，实现简单且有效的控制与长晶界面温度与成核速率。
[0023]综上，上述装置中，在长晶的端的热完全靠系统以热传导在半导体材料散热材料上,再传在外界。就石墨体5来看,在发生传导的过程中,石墨体5内沿传导方向存在温度梯度。在随着晶体生长,输入段的温度会提高,长晶变慢,石墨体5内沿传导方向存在温度梯度变小,热传导变小。所以要调节整个的长晶速率可以看成控制好系统的热传。输入段的温度受长晶炉体内热场设计限制，而石墨体5的截面积与长度是几何形状,除非在长晶过成中,石墨体5可任意控制形变,不然改变不了传导,散热末段是一个大环境,控制大环境的温度
是不可行的。所以在石墨体5加上一个半导体散热体6。在整个封闭系统中热是处于平衡(只有一进一出),可半导体散热体6的几何形体不变下,材料的传导系数是随端电压改变,利这特性来控制传在半导体散热体的热传导率,使整个系统的热传速率发生变化，进而控制晶体的生长速率。
[0024]以上所述，仅是本技术实施例而已，并非对本技术的技术范围作任何限制，故凡是依据本技术的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本技术技术方案的范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶体生长的温度控制装置，其特征在于：包括控制器、外壳、设置在外壳内的加热器和石墨坩埚，所述控制器连接加热器，加热器设置在石墨坩埚的外周；所述石墨坩埚包括坩埚本体和盖体，盖体内侧设有籽晶托；而在坩埚本体内则用于设置碳化硅生长源；所述盖体上端设有一石墨体，该石墨体下端与籽晶托连接，上端则连接半导体散热体；半导体散热体连接直流电源和控制器；所述石墨体上设有两个测温点，半导体散热体上设有两个测温点，各测温点连接控制器。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体生长的温度控制装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶宏伦，洪天河，
申请(专利权)人：璨隆科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：