本发明专利技术提供一种碳化硅及其生长装置和生长方法，所述生长装置包括：容器本体；保温层，设置于所述容器本体的内部，所述保温层的顶部设置有一开口，所述开口能容纳测温装置；坩埚，设置于所述保温层的内部，所述坩埚的底部设置有凸设于所述坩埚内部的腔室，所述坩埚包括坩埚盖，位于所述坩埚的顶部，所述坩埚盖上开设有贯穿的孔洞；发热体，所述发热体包括柱体和盘体，所述柱体嵌入到所述腔室内，所述盘体设置于所述保温层的内部；感应线圈，设置于所述容器本体的周围。采用该装置合成的碳化硅后续无需酸洗，且料块松散，无需采用常规破碎工艺，可有效避免金属污染问题，并且破碎后仅采用少量纯水即可进行冲洗，有效减少了纯水用量，降低了成本。低了成本。低了成本。
【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅及其生长装置和生长方法
[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种碳化硅及其生长装置和生长方法。
技术介绍
[0002]碳化硅(SiC)是一种具有宽禁带、高临界电场和高饱和迁移率的第三代半导体材料，在功率器件领域极具优势，广泛应用于新能源汽车、光伏发电、铁路交通及电力系统等领域。
[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。目前产业化生产普遍采用改进的自蔓延法合成SiC，例如CN113739562A公开了一种自蔓延法高温高压氮化硅粉体制备装置，所述氮化硅粉体制备装置包括内部设有反应空间的炉体、料车、进料系统、自蔓延反应点火系统、真空系统、气路系统、冷却系统和自动控制系统；可以提供可控批量化的大型氮化硅的自蔓延法制备，得到纯度较高的氮化硅。CN109336114B公开了一种提升高纯碳化硅粉料合成效率的方法，所述方法包括如下步骤:S1、将高纯碳粉和高纯硅粉混匀，获得原料；S2、将所述原料置于坩埚的腔室中，按照高温自蔓延法反应合成高纯碳化硅粉料。然而，由于合成过程中存在排杂不充分及料块结块问题，需后道破碎加工，常规加工过程存在金属污染风险，导致粉料表金属偏高，需经过复杂的酸洗、水洗过程，不但增加了纯水消耗、排污负担，且存在除酸、及表金属去除不彻底的风险，对晶体生长造成一定影响。
[0004]因此，如何避免酸洗，降低纯水用量，同时提高碳化硅的质量，是当前急需解决的问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种碳化硅及其生长装置和生长方法。本专利技术提出了一种改进的碳化硅生长装置，采用该装置合成的碳化硅后续无需进行酸洗处理，且料块较为松散，无需采用常规破碎工艺处理，避免了破碎过程的金属污染问题，并且破碎后的碳化硅仅采用少量纯水即可进行冲洗，有效减少了纯水用量，降低了成本。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种碳化硅生长装置，所述碳化硅生长装置包括：
[0008]容器本体；
[0009]保温层，设置于所述容器本体的内部，所述保温层的顶部设置有一开口，所述开口能容纳测温装置；
[0010]坩埚，设置于所述保温层的内部，所述坩埚的底部设置有凸设于所述坩埚内部的腔室，所述坩埚包括坩埚盖，位于所述坩埚的顶部，所述坩埚盖上开设有贯穿的孔洞；
[0011]发热体，所述发热体包括柱体和盘体，所述柱体嵌入到所述腔室内，所述盘体设置于所述保温层的内部；
[0012]感应线圈，设置于所述容器本体的周围。
[0013]本专利技术提出了一种改进的碳化硅生长装置，采用该装置合成的碳化硅后续无需进行酸洗处理，且料块较为松散，无需采用常规破碎工艺处理，避免了破碎过程的金属污染问题，并且破碎后的碳化硅仅采用少量纯水即可进行冲洗，有效减少了纯水用量，降低了成本。
[0014]本专利技术中，坩埚顶部开设贯穿的孔洞，一方面可以形成大的轴向温度梯度，提升碳化硅粉料的结晶度与颗粒度，另一方面配合该生长装置进一步优化杂质排放效果，使得合成的碳化硅粉料无需后续酸洗工艺。
[0015]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述腔室的直径与坩埚直径的比值为1:(3
‑
30)，例如可以是1:3、1:5、1:7、1:9、1:11、1:13、1:15、1:17、1:19、1:21、1:23、1:25、1:27、1:29或1:30等。
[0016]本专利技术中，若腔室的直径与坩埚的直径的比值过小，即腔室的直径过小，则中心柱状发热体尺寸受限，中心径向热量补偿不足，达不到温度均匀的效果，料块中下部会仍存在结块较实的现象，杂质排放也会不充分；若腔室的直径与坩埚的直径的比值过大，即腔室的直径过大，则坩埚盛料区变小，单次合成重量受限，另一方面，中心补偿温度和补偿区域过大，容易造成埚内已合成的粉料大面积碳化，影响产率和品质。
[0017]优选地，所述腔室的高度与坩埚高度的比值为1:(1.5
‑
5)，例如可以是1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5等。
[0018]本专利技术中，腔室的高度与坩埚的高度的比值过小，即腔室的高度过小，则中心柱状发热体尺寸受限，轴向温度补偿区域不足，顶底温度达不到均匀的效果，料块下部会仍存在结块较实的现象；若腔室的高度与坩埚的高度的比值过大，即腔室的高度过大，则坩埚盛料区变小，单次合成重量受限，另一方面，中心补偿温度和补偿区域过大，容易造成埚内已合成的粉料大面积碳化，影响产率和品质。
[0019]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述发热体为导电材料。
[0020]优选地，所述导电材料包括石墨。
[0021]需要说明的是，石墨材料的电阻率范围为8
‑
13μΩ
·
m。
[0022]优选地，所述发热体的电阻率大于所述坩埚，优选为10
‑
13μΩ
·
m，例如可以是10μΩ
·
m、11μΩ
·
m、12μΩ
·
m、12.2μΩ
·
m、12.4μΩ
·
m、12.6μΩ
·
m、12.8μΩ
·
m或13μΩ
·
m等。
[0023]本专利技术中，发热体的电阻率大于坩埚，且优选10
‑
13μΩ
·
m，目的是增强发热量，解决碳化硅粉料中心温度偏低导致的排杂不充分、合成不充分及结块紧密需辅助破碎、清洗等问题。
[0024]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述柱体的直径与所述腔室的直径的比值为(0.4
‑
0.9):1，例如可以是0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:10.8:1或0.9:1等。
[0025]优选的，所述柱体的高度与所述腔室的高度的比值为(0.2
‑
0.9):1，例如可以是0.2:1、0.4:1、0.6:1、0.8:1或0.9:1等。
[0026]优选的，所述盘体的直径和所述坩埚的直径的比值为(0.6
‑
1.2):1，例如可以是
0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1或1.2:1等。
[0027]本专利技术中，若盘体直径过小，一方面会使得坩埚底部发热量补充不够，另一方面对柱体的垂直稳定性有一定影响；若直径过大，则影响现有保温尺寸的适配性。
[0028]优选地，所述盘体的厚度为10
‑
50mm，例如可以是10mm、15m本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳化硅生长装置，其特征在于，所述碳化硅生长装置包括：容器本体；保温层，设置于所述容器本体的内部，所述保温层的顶部设置有一开口，所述开口能容纳测温装置；坩埚，设置于所述保温层的内部，所述坩埚的底部设置有凸设于所述坩埚内部的腔室，所述坩埚包括坩埚盖，位于所述坩埚的顶部，所述坩埚盖上开设有贯穿的孔洞；发热体，所述发热体包括柱体和盘体，所述柱体嵌入到所述腔室内，所述盘体设置于所述保温层的内部；感应线圈，设置于所述容器本体的周围。2.根据权利要求1所述的碳化硅生长装置，其特征在于，所述腔室的直径与坩埚直径的比值为1:(3
‑
30)；优选地，所述腔室的高度与坩埚高度的比值为1:(1.5
‑
5)。3.根据权利要求1或2所述的碳化硅生长装置，其特征在于，所述发热体为导电材料；优选地，所述导电材料包括石墨；优选地，所述发热体的电阻率大于所述坩埚，优选为10
‑
13μΩ
·
m。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的碳化硅生长装置，其特征在于，所述柱体的直径与所述腔室的直径的比值为(0.4
‑
0.9):1；优选地，所述盘体的直径和所述坩埚的直径的比值为(0.6
‑
1.2):1；优选地，所述盘体的厚度为10
‑
50mm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的碳化硅生长装置，其特征在于，所述坩埚的材质包括石墨；优选地，所述坩埚的气孔率为15
‑
18％；优选地，所述贯穿的孔洞所在的圆周直径为50
‑
300mm；优选地，所述孔洞的平均直径为3
‑
15mm；优选地，所述孔洞的数量为3
‑
20个。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的碳化硅生长装置，其特征在于，所述坩埚...
【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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