晶体制备装置和碳化硅晶体制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及晶体制备技术领域，公开了一种晶体制备装置和碳化硅晶体制备方法。其中，所述晶体制备装置包括一端具有开口且内部设有反应腔的反应体、用于打开和关闭所述开口的盖板以及设置在所述反应腔内的碳颗粒沉积区。通过上述技术方案，基于所述碳颗粒沉积区的设置，能够将碳化后的原料阻挡在生长界面之外，同时不影响碳化硅有效气相组分的输运，可以在减少碳包裹物的同时，保证高的晶体生长速率。保证高的晶体生长速率。保证高的晶体生长速率。

【技术实现步骤摘要】
晶体制备装置和碳化硅晶体制备方法


[0001]本专利技术涉及晶体制备
，具体地涉及一种晶体制备装置和碳化硅晶体制备方法。

技术介绍

[0002]随着5G时代、高铁时代的到来以及新能源汽车、光伏发电的大力发展，对电力电子器件在高温、高压、高频环境中工作性能的要求越来越高。
[0003]现有硅基电力电子器件性能受衬底本征物理性质的限制，已难以胜任在高压、高温、高频领域的应用。碳化硅因其禁带宽度大、热导率高、饱和电子迁移率大等优点，可以有效减小器件体积、减少开关损耗，还具有很好的抗高压击穿特性，在＞600V的电力电子器件中，表现尤为突出，是应用潜力巨大的半导体衬底材料。但目前碳化硅的单晶生长技术还有待进一步优化，晶体质量等仍有很大的提升空间。亟需降低其应用成本，推动碳化硅电力电子器件的市场应用进程。
[0004]碳化硅单晶生长方法使用最普遍的是PVT法，采用石墨坩埚，装填碳化硅粉料，整体置于感应电场中心，在感应加热后，利用整个热场中温度梯度驱动力，将碳化硅气相组分输运到晶体生长界面，继而按照一定的规律进行有序排列生长。在此过程中，碳化硅原料由于硅组分的挥发，会留下碳颗粒(通常称为原料碳化)，而细小的碳颗粒，在温度梯度的驱动下，随气相组分进入到生长界面，进而被包裹在晶体中，形成碳包裹物缺陷，进而还会引起层错、微管等缺陷。晶体中包裹物及其相关的缺陷，在制备成器件后，会降低器件的抗击穿能力，增大漏电流，严重影响器件的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术生产碳化硅晶体时存在的单晶质量差，出片量和良率低的问题，提供了一种晶体制备装置和碳化硅晶体制备方法，以防止晶体中包裹物的形成，提高碳化硅单晶的质量，提高碳化硅单晶衬底的出片量和良率，保证碳化硅基电力电子器件的优良性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供晶体制备装置，所述晶体制备装置包括一端具有开口且内部设有反应腔的反应体、用于打开和关闭所述开口的盖板以及设置在所述反应腔内的碳颗粒沉积区。
[0007]通过上述技术方案，基于所述碳颗粒沉积区的设置，能够将碳化后的原料阻挡在生长界面之外，同时不影响碳化硅有效气相组分的输运，在减少碳包裹物的同时，保证高的晶体生长速率。
[0008]进一步地，所述反应体包括：
[0009]坩埚，内底部设有填料区；
[0010]转接环，设置在所述坩埚的坩埚口处；
[0011]直筒环，内套在所述转接环的内壁并向下延伸至靠近所述填料区；
[0012]漏斗环，其上端开口与所述直筒环连接，下端开口朝向所述填料区，所述漏斗环、所述转接环以及所述坩埚的侧壁形成所述碳颗粒沉积区；
[0013]优选地，所述漏斗环的下端开口面平整且与所述填料区的料面平行。
[0014]进一步地，所述直筒环包括：
[0015]直筒部；
[0016]横向延伸部，由所述直筒部的侧壁向外延伸形成。
[0017]进一步地，所述转接环的上端面、下端面分别向上和向下延伸形成第一壁部和第二壁部；所述转接环向内凸起形成凸台部；所述凸台部上设有环形槽；所述环形槽与所述凸台部之间形成用于安装所述横向延伸部的台阶；所述第一壁部与所述凸台部形成用于安装所述盖板的安装槽。
[0018]进一步地，所述漏斗环的下端开口向下延伸至第一平面；
[0019]优选地，所述下端开口与所述第一平面呈15
°‑
45
°
夹角；
[0020]进一步地，所述转接环与所述盖板螺纹连接；
[0021]所述转接环与所述坩埚螺纹连接；
[0022]所述直筒环与所述漏斗环螺纹连接。
[0023]进一步地，所述盖板下端面设有籽晶附着台；
[0024]优选地，所述盖板与籽晶附着台一体成型。
[0025]本专利技术第二方面提供一种碳化硅晶体制备方法，包括：将碳化硅晶体制备过程中产生的碳颗粒阻挡在籽晶生长区之外，以防止晶体中包裹物的形成。
[0026]通过上述技术方案，能够将碳化后的原料阻挡在生长界面之外，同时不影响碳化硅有效气相组分的输运，可以在减少碳包裹物的同时，保证高的晶体生长速率。
[0027]进一步地，所述制备方法在所述的晶体制备装置中进行，将碳化硅晶体制备过程中产生的碳颗粒限制在所述碳颗粒沉积区。
[0028]进一步地，将所述晶体制备装置置于感应线圈中，通过感应线圈产生的感应涡流，对填料区中的原料进行加热至2000
‑
2500℃。
[0029]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0030]图1是本专利技术提供的一种实施方式的晶体制备装置的结构示意图；
[0031]图2是图1的爆炸图。
[0032]附图标记说明
[0033]1盖板；2籽晶附着台；3转接环；4直筒环；5漏斗环；6坩埚；7填料区；9碳颗粒沉积区；41横向延伸部；42直筒部；3a第一壁部；3b第二壁部；3c凸台部；3d环形槽。
具体实施方式
[0034]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0035]在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
[0036]本专利技术第一方面提供一种晶体制备装置，如图1和图2所示，其中，所述晶体制备装置包括一端具有开口且内部设有反应腔的反应体、用于打开和关闭所述开口的盖板1以及设置在所述反应腔内的碳颗粒沉积区9。
[0037]基于所述碳颗粒沉积区9的设置，为输运到上部的碳颗粒提供了充足的沉积空间，彻底解决了由于碳颗粒堆积溢出运动到生长区的问题。
[0038]所述盖板1下端面设有籽晶附着台2。在一种优选的具体实施方式中，所述盖板1与所述籽晶附着台2一体成型。
[0039]在一种可选的具体实施方式中，所述反应体包括坩埚6、转接环3、直筒环4以及漏斗环5。所述坩埚6的内底部设有填料区7；所述转接环3设置在所述坩埚6的坩埚口处；所述直筒环4内套在所述转接环3的内壁并向下延伸至靠近所述填料区7；所述漏斗环5的上端开口与所述直筒环4连接，下端开口朝向所述填料区7。所述漏斗环5、所述转接环3以及所述坩埚6的侧壁形成所述的碳颗粒沉积区9。上述中的“沉积空间”即是这里的“碳颗粒沉积区9”。
[0040]所述直筒环4包括直筒部42和横向延伸部41。所述横向延伸部41由所述直筒部42的侧壁向外延伸形成。
[0041]所述转接环3的上端面、下端面分别向上和向下延伸形成第一壁部3a和第二壁部3b；所述转接环3向内凸起形成凸台部3c；所述凸台部3c上设有环形槽3d；所述环形槽3d与所述凸台部3c之间形成用于安装所述横向延伸部41的台阶。在一种优选的具体实施方式中，所述横向延伸部41设置为本文档来自技高网...

【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，所述晶体制备装置包括一端具有开口且内部设有反应腔的反应体、用于打开和关闭所述开口的盖板(1)以及设置在所述反应腔内的碳颗粒沉积区(9)。2.根据权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述反应体包括：坩埚(6)，内底部设有填料区(7)；转接环(3)，设置在所述坩埚(6)的坩埚口处；直筒环(4)，内套在所述转接环(3)的内壁并向下延伸至靠近所述填料区(7)；漏斗环(5)，其上端开口与所述直筒环(4)连接，下端开口朝向所述填料区(7)，所述漏斗环(5)、所述转接环(3)以及所述坩埚(6)的侧壁形成所述碳颗粒沉积区(9)；优选地，所述漏斗环(5)的下端开口面平整且与所述填料区(7)的料面平行。3.根据权利要求2所述的晶体制备装置，其特征在于，所述直筒环(4)包括：直筒部(42)；横向延伸部(41)，由所述直筒部(42)的侧壁向外延伸形成。4.根据权利要求3所述的晶体制备装置，其特征在于，所述转接环(3)的上端面、下端面分别向上和向下延伸形成第一壁部(3a)和第二壁部(3b)；所述转接环(3)向内凸起形成凸台部(3c)；所述凸台部(3c)上设有环形槽(3d)；所述环形槽(3d)与所述凸台部(3c)之间形成用于安装所述横向延伸部(41)的台阶；所述第一壁部(3a)与所述凸台部(3c)形成用于安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔建东，鲍慧强，王增泽，井琳，刘冬冬，黄立文，杨帅，刘振洲，刘素娟，李宪宾，刘雪梅，叶欣怡，赵然，
申请(专利权)人：国宏中宇科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：