本发明专利技术属于晶体生长领域，具体涉及一种高纯半绝缘碳化硅体单晶的生长装置。该生长装置包括真空室、石墨坩埚和感应线圈。本发明专利技术的生长装置基于物理气相传输（ＰＶＴ）技术生长高纯半绝缘碳化硅体单晶，无需特殊的生长工艺。其主要特点为：生长炉的侧壁使用多层（至少三层）结构，侧壁内具有两个以上的相互独立的空间，分别用于通冷却水和高纯惰性气体（一般是高纯氩气），或通冷却水和抽真空。采用本发明专利技术的生长装置可以有效地将石墨坩埚和空气隔绝，避免生长过程中空气中的氮气进入石墨坩埚，有效地控制氮元素掺入生长的碳化硅晶体，得到高纯半绝缘碳化硅体单晶。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于晶体生长领域，具体涉及一种高纯半绝缘碳化硅体单晶的生长装置。
技术介绍
碳化硅(SiC)热导率高(约5. Off/cm)、饱和电子迁移率高(约2. 7xl07cm/s)、击 穿电场高(约3MV/cm)，非常适合于制作需要在大功率或者高温下操作的高压、高频电子器 件。与此同时，SiC的化学稳定性、抗辐照能力都非常强，因此，SiC已经成为公认的能够取 代第一代半导体Si和第二代半导体GaAs的新一代半导体材料。半绝缘碳化硅晶体在金属_氧化物_半导体场效应管、半导体光导开关等器件上 有重要应用。通过在碳化硅晶体中掺入一定量的钒元素，可以提供一定量的深能级，实现碳 化硅的半绝缘。但是在使用钒掺杂的晶体作为衬底制作的期间中，钒可以捕获负电荷引起 内生栅(grown-in gate)效应。因此，处于器件性能考虑，最好不使用钒掺杂的半绝缘碳化 硅晶体，而使用高纯半绝缘碳化硅晶体。生长高纯半绝缘碳化硅晶体的关键在于降低浅施主、浅受主能级的数量，提高电 阻率。但是由于坩埚、粉料、保温材料中不可避免地含有微量Al、B等杂质，并且，生长过程 中空气中的N元素会大量掺入生长的晶体，它们在晶体中形成大量的浅能级，使得高纯半 绝缘碳化硅晶体的生长存在很大的难度。通过使用高纯石墨坩埚、高纯粉料、高纯保温材料，可以有效地降低Al、B等杂质 浓度，减少部分的浅能级。但是常规的生长设备的密封性有限，漏率一般在10_5Pa L/s，在 接近真空的生长化境下进行长达50小时以上的晶体生长，从大气中进入腔内的氮气量很 大，掺入晶体的N元素量很难减少，成为制约所生长晶体提高电阻率、实现高纯半绝缘的主 要因素。若采用现有的晶体生长装置，采取常规PVT工艺的生长方法，可以生长得到的晶体 的电阻率一般小于104Q cm，微管密度为100 300cm_
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高纯半绝缘(HPSI)碳化硅 (SiC)体单晶的生长装置。本专利技术的高纯半绝缘碳化硅体单晶的生长装置包括真空室、石墨坩埚和感应线 圈，其中，所述真空室包括炉体和炉盖；所述炉体内设有石墨坩埚和感应线圈，且所述感应 线圈围绕于石墨坩埚外壁；所述炉体侧壁设有隔离腔进/抽气口，炉体底部还设有与真空 泵相连通的抽气口 ；且所述炉体侧壁内部从内到外依次设有相互独立的隔离腔和冷却水腔。较佳的，所述隔离腔内充有高纯惰性气体或为真空。较佳的，所述隔离腔和冷却水腔的对应位置设有多个法兰。其作用是实现多层炉 侧壁结构内外的物质(主要为压力平衡气体)的交换以及信号(主要为压力数据)的传递。优选的，所述法兰的数量为2个，在生长炉的侧壁的不同层的对应位置设有两个法兰，用于在保证密封性能的基础上使感应线圈能够穿过。较佳的，所述炉盖的侧壁内部从内到外依次设有相互独立的隔离腔和冷却水腔， 所述炉盖的顶面内设有中空的冷却水腔，且所述炉盖顶面内的冷却水腔与炉盖侧壁内的冷 却水腔连通。 较佳的，所述石墨坩埚和感应线圈之间还设有保温材料层。优选的，所述炉体内还设有温度传感器和压力传感器。优选的，所述炉体侧壁分别设有冷却水入口和冷却水出口，进一步优选的，所述冷 却水入口位于生长炉的下部侧壁，所述冷却水出口位于生长炉的上部侧壁。优选的，所述炉体和炉盖的材质为金属材料，进一步优选为不锈钢材质。所述隔离腔内可充入高纯惰性气体，优选为高纯氩气；或抽真空。通过对炉体侧壁 中的相近两层之间形成的独立空间施加正压(通入高纯惰性气体)或者负压(抽真空)，在 空气与石墨坩埚内部之间形成一个“气体夹层”，如果该“夹层”为正压，则“夹层”内的高纯 惰性气体进入石墨坩埚，如果“夹层”为负压，则石墨坩埚内的压力平衡气体(一般为高纯 氩气)进入“夹层”，两种情况下均不会出现空气进入石墨坩埚的情况，以保证在生长过程 中炉体使石墨坩埚和空气完全隔绝。本专利技术的高纯半绝缘碳化硅体单晶的生长装置在用于晶体生长时，粉料(一般为 SiC颗粒，或者Si粉与C粉的混合物)位于石墨坩埚的底部，籽晶位于石墨坩埚的顶部。本专利技术基于物理气相传输技术生长碳化硅体单晶，生长过程中石墨坩埚和空气完 全隔绝，避免了空气中的氮气进入石墨坩埚并掺入生长的碳化硅晶体，增加晶体电阻率，获 得高纯半绝缘碳化硅晶体。本专利技术的炉体包含炉盖和炉侧壁，为了实现生长过程中石墨坩 埚和空气完全隔绝，炉盖也与炉侧壁类似，为多层结构，相邻层之间形成的独立空间可以分 别通冷却水和高纯惰性气体(一般是高纯氩气)，或分别通冷却水和抽真空。炉盖中由相邻 层之间形成的一个独立空间，应与炉侧壁中由相邻层之间形成的一个独立空间连通，这样 才能保证整个设备密封相对最差的地方也实现了石墨坩埚和空气的完全隔绝。在生长碳化 硅晶体的过程中完全隔绝石墨坩埚与空气，避免空气中的氮气进入石墨坩埚并进一步掺入 晶体内部，从而提高所生长的晶体的电阻率，得到高纯半绝缘碳化硅晶体。通过本专利技术的生 长装置，可以制得晶体电阻率大于105Ω · cm，微管密度小于100cm_2，且直径大于2英寸的 6H多型高纯半绝缘碳化硅晶锭。附图说明图1本专利技术的高纯半绝缘碳化硅体单晶的生长装置的结构示意图。附图标记1、炉盖；2、炉体；3、冷却水入口 ；4、冷却水出口 ；5、隔离腔进/抽气口 ； 6、外法兰；7、内法兰；8、抽气口、9、石墨保温层；10、石墨坩埚；11、粉料；12、碳化硅籽晶； 13、感应线圈；14、隔离腔；15、冷却水腔；16、温度传感器；17、压力传感器。具体实施例方式以下将参照本专利技术给出两个实施例。然而本专利技术可以以多种不同的形式体现出 来，而不应当理解为受限于在此给出的实施例；恰恰相反，提供这些实施例是为了使公开更 加彻底和完备，以便将本专利技术的范围完全传递给本领域的技术人员。实施例1本实施例中使用的晶体生长炉如图1所示，该高纯半绝缘碳化硅体单晶的生长装 置包括炉体2和炉盖1、石墨坩埚10和感应线圈13，其中，所述炉体2内设有石墨坩埚10 和感应线圈13，且感应线圈13围绕于石墨坩埚10外壁；炉体2侧壁设有隔离腔进/抽气 口 5，炉体2的底部还设有与真空泵相连通的抽气口 8 ；且炉体2侧壁内部从内到外依次设 有相互独立的隔离腔14和冷却水腔15。炉体2侧壁内部的隔离腔14和冷却水腔15的对 应位置设有外法兰6和内法兰7。外法兰6和内法兰7的作用是在保证密封性能的基础上， 实现多层炉侧壁结构内外的物质(主要为压力平衡气体)的交换以及信号(主要为压力数 据)的传递，以及使感应线圈的引线能够通过。石墨坩埚10和感应线圈13之间还设有保 温材料层9。炉体2内还设有温度传感器16和压力传感器17。炉体2的下部侧壁设有冷 却水入口 3，炉体2的上部侧壁设有冷却水出口 4。其中，炉体2和炉盖1的材质为不锈钢 材质。炉盖1的侧壁从内到外依次设有相互独立的隔离腔14和冷却水腔15，炉盖1的顶 面内设有中空的冷却水腔15，且炉盖1内的冷却水腔15与炉盖1侧壁内的冷却水腔15连通。隔离腔14内充入高纯氩气。通过对炉体2侧壁内的隔离腔14和冷却水腔15之间 形成的独立空间施加正压(通入高纯惰性气体)，在空气与石墨坩埚内部之间形成一个“气 体夹层”，因为该“气体夹层”为正压，因此“气体夹层”内的高纯氩气进入石本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半绝缘碳化硅体单晶的生长装置，该生长装置包括：真空室、石墨坩埚和感应线圈，其中，所述真空室包括炉体和炉盖；所述炉体内设有石墨坩埚和感应线圈，且所述感应线圈围绕于石墨坩埚外壁；所述炉体侧壁设有隔离腔进／抽气口，炉体底部还设有与真空泵相连通的抽气口；且所述炉体侧壁内部从内到外依次设有相互独立的隔离腔和冷却水腔。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈博源，陈之战，施尔畏，严成锋，肖兵，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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