【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及晶体生长，具体地涉及一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法。
技术介绍
1、碳化硅晶体（sic）是是第三代宽带隙半导体材料，具有宽禁带、高热导率、高电子饱和迁移速率、高击穿电场等性质的半导体材料，因此其被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、高温电子器件等的理想半导体材料，这些优异的性能使得其在高压电网、新能源汽车、大功率充电桩、5g通信等领域具有广泛的应用前景。
2、目前碳化硅生长的方法主要有气相传输法(pvt)、液相外延法(lpe)、化学气相沉积法(cvd)等，主流商品化的碳化硅单晶制备方法是物理气象运输(pvt)法，此法生长碳化硅单晶的生长炉一般通过对生长室内的原料进行加热，使原料分解，在温度较低的籽晶处结晶生长，从而实现晶体的生长。此方法具有晶体质量高、成本低廉和工艺相对成熟等优点，但是由于设备和生长结构的限制，高品质高厚度的碳化硅晶体制备受限，特别是碳化硅有大量的多型，4h、6h、15r和3c等晶型生长条件比较接近，生长过程中籽晶面上c/si比例的微小变化，生长组分的比例失衡很容易导致生长过程中产生晶型夹杂现象。在pvt法晶体生长过程中，碳化硅没有熔点，由于采用外部感应线圈或者石墨电阻加热等边缘加热方式，碳化硅原料不会像溶液法生长一样在原料区形成熔点温度均匀分布的情况，普通的电感加热的方式通过高频交流电电磁感应使坩埚发热，坩埚内靠近坩埚壁的部分温度高，由于粉料热传导性差，原料区中心部分温度低，特别是大尺寸晶锭生长坩埚尺寸大，这个问题更突出，靠近加热源的部分会优先分解，原料区中
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：该装置包括坩埚，坩埚底部设有个凸起，凸起部与加热器相适配，坩埚上端设有导流器，导流器顶部连接籽晶，籽晶连接籽晶托；
3、生长方法包括以下步骤：
4、s1，将大尺寸碳化硅籽晶与籽晶托固定；
5、s2，在坩埚内放置碳化硅粉料，先放置外圈的粉料再放置中间的粉料，最后保持料面平整且高于中间的加热石墨，料面与籽晶有一定距离满足碳化硅晶体生长；
6、s3，步骤s1处理的固定有籽晶的石墨托扣在坩埚顶部导流环上，组成碳化硅晶体生长部件；
7、s4，将组装好的生长部件放置于特殊设计的双层电阻加热器内部，保证石墨坩埚与加热器属于同心位置，坩埚与内部加热环有一定距离且不接触密封炉腔；
8、s5炉腔抽真空，充入高纯氩气，加热升高长晶炉的温度达到晶体生长温度，程序保温保压一段时间，完成碳化硅晶体生长，降功率冷却至室温，充入氩气至大气压，打开炉腔，取出晶体。
9、优选的，步骤s1中籽晶与石墨托粘接剂粘接，高温使粘接剂碳化，碳化温度不高于800℃固定籽晶或者通过卡环的方式固定籽晶。
10、优选的，步骤s2中的坩埚材质为石墨或钨或钼或钽或钨合金或钼合金或钽合金等，外形呈圆筒状，坩埚高度在100~400 mm，外径在150~500 mm，壁厚在5~20mm，底厚5~20mm，中间“凹”型料区直径50~200mm，靠近坩埚外壁的原料区域宽度在50~200mm，坩埚底部凹进去放置加热器部分的坩埚壁厚度10~20mm，中间料区柱的半径与料区原料环的宽度比值在1：2~2：1之间，料区表面与籽晶距离在30~100mm之间。
11、优选的，s3中导流环内径顶部与籽晶直径接近，根据不同条件有±5mm变化，导流环底部外径与坩埚内径相同，整体高度在40~80，壁厚在1~10mm。
12、优选的，s3电阻加热器外径在250-700mm，伸到坩埚底部的外径在100~250mm，总体高度为300~700mm，材质为石墨或钨或钼或钽或钨合金或钼合金或钽合金等，坩埚和加热器的同心度偏差不大于5mm。
13、优选的，步骤s5中生长温度在2100~2350℃，生长过程炉腔氩气压力200~3000帕，生长时间50~24-小时，冷却时间10~80小时。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
15、1、本专利技术的方法可以生长20~60mm厚6~12英寸的单晶，生长的晶体无多型等明显缺陷。
16、2、本专利技术可以有效地使整个碳化硅晶体生长过程物料均匀分解，生长组分的输运稳定，保持整个生长过程中生长界面的气象组分稳定，从而可以有效地保证生长的晶体为低缺陷单一晶型。
17、3、本专利技术所采用的双层加热器加热可以均匀加热，解决由于原料区温度分布不均匀物料分解不稳定问题，有效调节生长组分输运的稳定性，解决晶体生长前期与后期生长面生长组分差异大晶体质量低的问题。
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1.一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：该装置包括坩埚，坩埚底部设有个凸起，凸起部与加热器相适配，坩埚上端设有导流器，导流器顶部连接籽晶，籽晶连接籽晶托；
2.根据权利要求1所述的一种基于生长组分稳定输运的碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：步骤S1中籽晶与石墨托粘接剂粘接，高温使粘接剂碳化，碳化温度不高于800℃固定籽晶或者通过卡环的方式固定籽晶。
3.根据权利要求1所述的一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：步骤S2中的坩埚材质为石墨或钨或钼或钽或钨合金或钼合金或钽合金等，外形呈圆筒状，坩埚高度在100~400 mm，外径在150~500 mm，壁厚在5~20mm，底厚5~20mm，中间“凹”型料区直径50~200mm，靠近坩埚外壁的原料区域宽度在50~200mm，坩埚底部凹进去放置加热器部分的坩埚壁厚度10~20mm，中间料区柱的半径与料区原料环的宽度比值在1：2~2：1之间，料区表面与籽晶距离在30~100mm之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于生长组分稳定输运的大
5.根据权利要求1所述的一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：S3电阻加热器外径在250-700mm，伸到坩埚底部的外径在100~250mm，总体高度为300~700mm，材质为石墨或钨或钼或钽或钨合金或钼合金或钽合金等，坩埚和加热器的同心度偏差不大于5mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：步骤S5中生长温度在2100~2350℃，生长过程炉腔氩气压力200~3000帕，生长时间50~24-小时，冷却时间10~80小时。
...【技术特征摘要】
1.一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：该装置包括坩埚，坩埚底部设有个凸起，凸起部与加热器相适配，坩埚上端设有导流器，导流器顶部连接籽晶，籽晶连接籽晶托；
2.根据权利要求1所述的一种基于生长组分稳定输运的碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：步骤s1中籽晶与石墨托粘接剂粘接，高温使粘接剂碳化，碳化温度不高于800℃固定籽晶或者通过卡环的方式固定籽晶。
3.根据权利要求1所述的一种基于生长组分稳定输运的大尺寸碳化硅晶体生长装置和方法，其特征在于：步骤s2中的坩埚材质为石墨或钨或钼或钽或钨合金或钼合金或钽合金等，外形呈圆筒状，坩埚高度在100~400 mm，外径在150~500 mm，壁厚在5~20mm，底厚5~20mm，中间“凹”型料区直径50~200mm，靠近坩埚外壁的原料区域宽度在50~200mm，坩埚底部凹进去放置加热器部分的坩埚壁厚度10~20mm，中间料区柱的半径与料区原料环的宽度...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永良，孔海宽，陈建军，王升，忻隽，
申请(专利权)人：安徽微芯长江半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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