本发明专利技术提供了一种多坩埚系统的碳化硅粉料合成装置及其应用，所述碳化硅粉料合成装置包括至少2组感应线圈和至少2个坩埚；所述感应线圈的内部设置有至少1个坩埚；所述坩埚的底部设置有填充层和支撑板；所述坩埚的外部依次设置有同轴心的外筒和侧保温层。本发明专利技术通过改进坩埚结构及合成方法，改善了温度分布，可实现单次投料量＞50kg，同时提升了原料合成率及粉料品质，降低了粉料合成成本。降低了粉料合成成本。降低了粉料合成成本。
【技术实现步骤摘要】
一种多坩埚系统的碳化硅粉料合成装置及其应用
[0001]本专利技术属于碳化硅生长的
，尤其涉及一种多坩埚系统的碳化硅粉料合成装置及其应用。
技术介绍
[0002]在信息技术快速发展的今天，半导体技术的革新扮演着越来越重要的角色。以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料，是继硅(Si)、砷化镓(GaAs)之后的第三代半导体。与Si和GaAs为代表的传统半导体材料相比，SiC具有耐击穿电压、抗辐射、工作温度等优势性能。作为目前发展最成熟的宽带隙半导体材料，SiC具有高击穿场强、高热导率、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，其优异性能可以满足现代电子技术对高频、高功率、高温以及抗辐射的新要求，因而是半导体材料领域最有前景的材料之一。
[0003]然而，由于SiC的物理和化学性质稳定，使得SiC晶体生长极为困难。目前用于制作SiC器件的单晶衬底主要由物理气相传输(PVT)法制备，原料为SiC粉料，粉料的纯度、粒径、晶型等参数对PVT法生长SiC单晶晶体质量，乃至后续制作的器件质量都有一定影响。衬底片成本在整个产业链中占比约50％，粉料的品质及成本直接影响衬底的生产成本。
[0004]目前，产业化生产普遍采用改进的自蔓延法合成SiC，但单次投料量较低，在十几公斤以下，难以满足产业快速扩产的需求，且生产成本较高。尽管近期市场有推出单次投料重量在30kg以上的SiC粉料合成设备，但坩埚尺寸较大，使得加热效率低，中间原料易出现合成不充分的问题；虽然延长反应时间可缓解中间反应不充分的问题，但在长时间高温条件下，坩埚的边缘材料碳化严重且硅组分损失过多，造成大量碳质夹杂，粉料品质及利用率下降，成本居高不下。
[0005]因此，针对上述问题，亟需开发一种单次投料量大、合成率高及碳化硅粉料性质优异的合成装置。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种多坩埚系统的碳化硅粉料合成装置及其应用，通过改进坩埚结构及合成方法，改善了温度分布，可实现单次投料量＞50kg，同时提升了原料合成率及粉料品质，降低了粉料合成成本。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种多坩埚系统的碳化硅粉料合成装置，所述碳化硅粉料合成装置包括至少2组感应线圈和至少2个坩埚；
[0009]所述感应线圈的内部设置有至少1个坩埚；
[0010]所述坩埚的底部设置有填充层和支撑板；
[0011]所述坩埚的外部依次设置有同轴心的外筒和侧保温层。
[0012]本专利技术采用多坩埚系统，实现了单次投料量＞50kg，合成的碳化硅粉料颜色、粒径均匀，同时减小了坩埚的尺寸，解决了边缘碳化、内部粉料合成不充分等问题，采用独立控
制、相对位置可调的多组感应线圈加热，配合厚度与位置可调的填充层，使坩埚内原料梯度更加均匀，大幅提高原料合成率。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，所述坩埚同轴心放置。
[0014]本专利技术中，相邻坩埚之间的轴向间隔通过支撑板和支撑柱调节，调节范围为20
‑
200mm。
[0015]本专利技术中，所述坩埚的材质包括石墨。
[0016]优选地，所述坩埚的直径为200
‑
600mm，例如可以是200mm、300mm、400mm、500mm或600mm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]优选地，所述坩埚的高度为200
‑
600mm，例如可以是200mm、300mm、400mm、500mm或600mm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，所述感应线圈同轴心放置。
[0019]本专利技术中，每组感应线圈均可独立控制，且每组感应线圈的内部均可放置一个或多个坩埚。
[0020]优选地，所述感应线圈的长度为200
‑
800mm，例如可以是200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm或800mm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述感应线圈的长度与所述坩埚的高度比为(1.1
‑
1.5):1，例如可以是1.1:1、1.15:1、1.2:1、1.25:1、1.3:1、1.35:1、1.4:1或1.5:1等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]值得说明的是，通过设置感应线圈的长度大于坩埚的高度，一方面可以增加坩埚壁中的磁通密度，提升发热效率，另一方面使坩埚附近的感应磁场接近匀强磁场，从而提高坩埚发热的均匀性，提升粒径的均匀性。
[0023]优选地，相邻所述感应线圈的轴向相对位置为50
‑
200mm，例如可以是50mm、70mm、100mm、120mm、140mm、160mm、180mm或200mm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，所述感应线圈设置在所述侧保温层的外部。
[0025]作为本专利技术优选的技术方案，所述填充层设置于支撑板的上侧和/或下侧。
[0026]本专利技术中，通过填充层的设置便于调控每只坩埚内原料的温度梯度。
[0027]优选地，所述填充层的厚度为10
‑
150mm，例如可以是10mm、30mm、50mm、70mm、100mm、120mm、140mm或150mm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0028]优选地，所述填充层的材质包括碳纤维复合硬毡或碳纤维复合软毡。
[0029]本专利技术中，所述支撑板的材质包括石墨、碳碳或陶瓷中的任意一种或至少两种的组合。
[0030]作为本专利技术优选的技术方案，所述外筒的上部设置有上保温层。
[0031]优选地，所述外筒的下部设置有下保温层。
[0032]本专利技术中，所述最下层坩埚的底部同轴设置有支撑柱，所述支撑柱设置于下保温层的底部。
[0033]本专利技术中，所述上保温层和下保温层的厚度可调整，也可以增设测温孔，监控温度
变化。
[0034]优选地，所述外筒的材质包括石墨、碳碳、石墨外嵌套石墨纸或碳碳外嵌套石墨纸中的任意一种或至少两种的组合。
[0035]值得说明的是，通过在坩埚的外部依次设置同轴心的外筒，一方面其用于保护坩埚，延长坩埚寿命，另一方面其作为支撑板与填充层的载体，用于放置多个坩埚并使其相对位置可调控。
[0036]本专利技术中，所述侧保温层的厚度为50
‑
200mm，例如可以是50mm、70mm、100mm、120mm、140mm、160mm、180mm或200mm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0037]本专利技术中，所述外筒的两侧同轴嵌套侧保温本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多坩埚系统的碳化硅粉料合成装置，其特征在于，所述碳化硅粉料合成装置包括至少2组感应线圈和至少2个坩埚；所述感应线圈的内部设置有至少1个坩埚；所述坩埚的底部设置有填充层和支撑板；所述坩埚的外部依次设置有同轴心的外筒和侧保温层。2.根据权利要求1所述的碳化硅粉料合成装置，其特征在于，所述坩埚同轴心放置；优选地，所述坩埚的直径为200
‑
600mm；优选地，所述坩埚的高度为200
‑
600mm。3.根据权利要求1或2所述的碳化硅粉料合成装置，其特征在于，所述感应线圈同轴心放置；优选地，所述感应线圈的长度为200
‑
800mm；优选地，所述感应线圈与所述坩埚的高度比为(1.1
‑
1.5):1；优选地，相邻所述感应线圈的轴向相对位置为50
‑
200mm；优选地，所述感应线圈设置在所述侧保温层的外部。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的碳化硅粉料合成装置，其特征在于，所述填充层设置于支撑板的上侧和/或下侧；优选地，所述填充层的厚度为10
‑
150mm；优选地，所述填充层的材质包括碳纤维复合硬毡或碳纤维复合软毡。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的碳化硅粉料合成装置，其特征在于，所述外筒的上部设置有上保温层；优选地，所述外筒的下部设置有下保温层；优选地，所述外筒的材质包括石墨、碳碳、石墨外嵌套石墨纸或碳碳外嵌套石墨纸中的任意一种或至少两种的组合。6.一种碳化硅粉料的合成方法，其特征在于，利用权利要求1
‑
5任一项所述的碳化硅粉料合成装置进行合成，所述合成方法包括以下步骤：(1)将硅粉和碳粉混合均匀后装入坩埚中，然后将坩埚置于加热炉中，之后进行抽真空和第一加热处理；(2)向加热炉中充入保护气体至第一压力关闭进气并保持0.1
‑
10h，并同时进行第二加热处理，然后快速降至第二压力，之后再升至第一压力；(3)向加热炉中充入保护气体至第三压力关闭进气并保...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永伟，袁振洲，刘欣宇，
申请(专利权)人：江苏超芯星半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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