一种晶体制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种晶体制备装置，包括：长晶炉，长晶炉包括绝热炉壁、坩埚主体和中频加热线圈，绝热炉壁围成一生长腔室，坩埚主体设置于生长腔室内，中频加热线圈绕置于坩埚主体外围，坩埚主体用于盛装待结晶的SiC原料；绝热炉壁上部设置有用于密封生长腔室的绝热滑动盖体，绝热滑动盖体的轴线方向穿过一SiC籽晶夹具，一端位于生长腔室内，另一端位于生长腔室外，并部分伸入至一散热通道中；不仅能够防止碳化硅原料表面的碳化现象，还能防止由感应磁场波动所导致加热温度超过籽晶或生成的碳化硅单晶的升华温度所造成的生成的碳化硅晶体消耗，另外还可以有效避免碳化硅原料中的大颗粒金属杂质以及硅包裹体等对最后生成的碳化硅单晶所造成的缺陷。化硅单晶所造成的缺陷。化硅单晶所造成的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体制备装置


[0001]本专利技术涉及材料制备
，具体而言，涉及一种晶体制备装置。

技术介绍

[0002]传统的碳化硅晶体生产设备及方法采用中频感应加热高密度石墨坩埚，将多晶碳化硅粉体材料置于石墨坩埚底部，受到坩埚的热传导被加热到2200
‑
2500℃，碳化硅原材料升华，并分解，产生的主要成分包括Si、SiC、Si2C、SiC2等。碳化硅籽晶置于坩埚盖上的籽晶托上，处于相对低温区，碳化硅原材料置于高温区。气相组分在温度梯度的驱动下向低温区传输，在碳化硅籽晶表面沉积生长为碳化硅晶体。
[0003]但在现有技术中，碳化硅原材料在升华分解过程中，Si元素的流失速度快于C元素的流失速度，使得剩余原材料在坩埚底部成分发生变化，C元素含量逐渐增加，Si元素含量逐渐减少，Si/C原子比逐渐减小，碳化硅原材料表面不断被碳化，阻止了碳化硅粉料的进一步升华分解。此时，碳化硅原材料的利用被阻断，碳化硅晶体的生长也不再持续。并且，在高温中碳化硅晶体表面或者籽晶背面也会不断升华，容易造成晶体缺陷。
[0004]另外，由于中频加热过程中感应磁场容易产生波动，导致晶体生长的温场难以保持稳定，尤其是当加热温度超过籽晶升华的温度时，此时不仅会阻止碳化硅晶体生长，而且还会对已经生成的碳化硅晶体消耗；并且高温作用下的碳化硅原材料之间也会不断结晶长大，形成多晶材料。然而温度的控制具有滞后性，如若不能及时控制籽晶的生长温度将极易造成碳化硅晶体生成缺陷。
[0005]再次，碳化硅原料中的大颗粒金属杂质以及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到达碳化硅单晶生长界面最终形成大颗粒杂质缺陷。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种晶体制备装置，其不仅能够防止碳化硅原料表面的碳化现象，保障碳化硅晶体的持续生长，还能防止由感应磁场波动所导致加热温度超过籽晶或生成的碳化硅单晶的升华温度所造成的生成的碳化硅晶体消耗，另外还可以有效避免碳化硅原料中的大颗粒金属杂质以及硅包裹体等对最后生成的碳化硅单晶所造成的缺陷。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]一种晶体制备装置，包括：长晶炉，所述长晶炉包括绝热炉壁、坩埚主体和中频加热线圈，所述绝热炉壁围成一生长腔室，所述坩埚主体设置于所述生长腔室内，所述中频加热线圈绕置于所述坩埚主体外围，用于加热所述坩埚主体，所述坩埚主体用于盛装待结晶的SiC原料；所述绝热炉壁上部设置有用于密封所述生长腔室的绝热滑动盖体，所述绝热滑动盖体的轴线方向穿过一SiC籽晶夹具，所述SiC籽晶夹具一端位于所述生长腔室内，并且端部固定有SiC籽晶片，另一端位于所述生长腔室外，并部分伸入至一散热通道中；所述SiC籽晶片所位于的生长腔室上部空间为结晶区；所述待结晶的SiC原料与所述SiC籽晶片之间的区域由下至上依次设置有旋转机构和过滤装置，所述旋转机构部分覆盖于所述SiC原料
上表面；所述过滤装置为具有至少两种孔径的多孔板；所述SiC籽晶夹具包括第一端部、第二端部以及导热棒；所述第一端部固定所述SiC籽晶片，并与所述SiC籽晶片容置于所述生长腔室内，所述第二端部为柱状，且沿其轴线方向开设有盲孔，所述导热棒一端插设于所述盲孔内并与所述第二端部内壁充分接触，另一端插设于所述散热通道中，并与所述散热通道壁面固定连接。
[0009]进一步的，所述绝热滑动盖体与所述长晶炉上端的绝热炉壁之间通过一提拉机构连接，所述提拉机构包括步进电机和提拉齿杆，所述步进电机固定于所述长晶炉上端的绝热炉壁上，所述提拉齿杆一端与所述步进电机啮合，另一端固定于所述绝热滑动盖体的上部。
[0010]进一步的，所述SiC籽晶夹具采用钨、碳化钨或氧化钨材料制成。
[0011]进一步的，所述第二端部外围绕置有加热线圈，用于加热所述SiC籽晶夹具。
[0012]进一步的，所述旋转机构包括盖板、旋转轴、安装座和第一电机，所述旋转轴一端连接所述盖板轴线中心，另一端与所述第一电机连接；所述盖板上开设有若干通孔，并且所述盖板下表面凸设有搅拌片；所述盖板用于覆盖所述SiC原料，并且所述搅拌片插入所述SiC原料中，所述第一电机固定于所述安装座上，并且所述安装座底部中心开设有牵引孔，所述牵引孔孔壁上开设有螺纹槽。
[0013]进一步的，还包括下行机构，所述下行机构包括基座、第二电机和螺纹杆，所述基座设置并固定于所述长晶炉底部，所述第二电机固定于所述基座上，所述螺纹杆沿所述旋转轴的轴线方向设置，并于所述螺纹杆一端于所述第二电机连接，另一端与所述牵引孔孔壁上开设的螺纹槽螺纹连接。
[0014]进一步的，所述过滤装置包括第一过滤板、第二过滤板、第三过滤板、第四过滤板和第五过滤板；所述第一过滤板为倒漏斗状，并且其外缘与所述坩埚主体的侧壁面密封连接；所述第二过滤板为环形，其外环与所述第一过滤板连接，内环与所述第三过滤板连接；所述第二过滤板和第三过滤板处于同一水平面上；所述第四过滤板为筒状，其一端与所述第三过滤板外围连接，其轴线方向与所述第三过滤板的板面垂直，另一端与所述第五过滤板连接，所述第五过滤板为向上开口的漏斗状环形板面。
[0015]进一步的，所述第一过滤板、第三过滤板、第四过滤板和第五过滤板为均具有第一孔径的多孔板；所述第二过滤板为具有第二孔径的多孔板。
[0016]进一步的，所述过滤装置和所述旋转机构均采用钨、碳化物或氧化钨材料制成。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术通过上述设计得到的一种晶体制备装置，通过在长晶炉顶部设置具有散热功能的SiC籽晶夹具，通过导热棒将超过籽晶生长温度的热量带走，并且通过加热线圈及时维持最佳的碳化硅晶体生长温度，防止了由感应磁场波动所导致加热温度超过籽晶或生成的碳化硅单晶的升华温度所造成的生成的碳化硅晶体消耗；通过设置旋转机构翻动位于碳化硅原料区的碳化硅粉末避免了碳化硅原料表面的碳化现象，保障碳化硅晶体的持续生长；通过设置过滤装置，使碳化硅原料中的大颗粒金属杂质以及硅包裹体等被过滤，防止其到达碳化硅生长界面，有效避免大颗粒金属杂质以及硅包裹体等对最后生成的碳化硅单晶所造成的缺陷。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0020]图1是本专利技术实施方式提供的碳化硅晶体制备装置第一结构示意图；
[0021]图2是本专利技术实施方式提供的碳化硅晶体制备装置炉口局部结构示意图；
[0022]图3是本专利技术实施方式提供的碳化硅晶体制备装置第二结构示意图；
[0023]图4是本专利技术实施方式提供的碳化硅晶体制备装置旋转机构第一示意图；
[0024]图5是本专利技术实施方式提供的碳化硅晶体制备装置旋转机构第二示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体制备装置，其特征在于，包括：长晶炉，所述长晶炉包括绝热炉壁、坩埚主体和中频加热线圈，所述绝热炉壁围成一生长腔室，所述坩埚主体设置于所述生长腔室内，所述中频加热线圈绕置于所述坩埚主体外围，用于加热所述坩埚主体，所述坩埚主体用于盛装待结晶的SiC原料；所述绝热炉壁上部设置有用于密封所述生长腔室的绝热滑动盖体，所述绝热滑动盖体的轴线方向穿过一SiC籽晶夹具，所述SiC籽晶夹具一端位于所述生长腔室内，并且端部固定有SiC籽晶片，另一端位于所述生长腔室外，并部分伸入至一散热通道中；所述SiC籽晶片所位于的生长腔室上部空间为结晶区；所述待结晶的SiC原料与所述SiC籽晶片之间的区域由下至上依次设置有旋转机构和过滤装置，所述旋转机构部分覆盖于所述SiC原料上表面；所述过滤装置为具有至少两种孔径的多孔板；所述SiC籽晶夹具包括第一端部、第二端部以及导热棒；所述第一端部固定所述SiC籽晶片，并与所述SiC籽晶片容置于所述生长腔室内，所述第二端部为柱状，且沿其轴线方向开设有盲孔，所述导热棒一端插设于所述盲孔内并与所述第二端部内壁充分接触，另一端插设于所述散热通道中，并与所述散热通道壁面固定连接。2.根据权利要求1所述的一种晶体制备装置，其特征在于：所述绝热滑动盖体与所述长晶炉上端的绝热炉壁之间通过一提拉机构连接，所述提拉机构包括步进电机和提拉齿杆，所述步进电机固定于所述长晶炉上端的绝热炉壁上，所述提拉齿杆一端与所述步进电机啮合，另一端固定于所述绝热滑动盖体的上部。3.根据权利要求1或2所述的一种晶体制备装置，其特征在于：所述SiC籽晶夹具采用钨、碳化钨或氧化钨材料制成。4.根据权利要求1
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3任一所述的一种晶体制备装置，其特征在于：所述第二端部外围绕置有加热线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亦龙，徐开东，毛艳丽，陈乐乐，刘思霖，苏箐，李山鹰，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：