【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳化硅晶体生长，特别是涉及一种碳化硅晶体生长坩埚及其制备方法、晶体生长炉。
技术介绍
1、碳化硅（sic）是典型的宽禁带半导体材料，是继硅、砷化镓之后的第三代半导体材料。与硅、砷化镓相比，碳化硅材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优异性能，在高温、高频、高功率及抗辐射器件方面拥有巨大的应用前景。由于传统的硅基电力电子器件已经逼近了因寄生效应制约而能达到的硅材料极限，发展碳化硅等宽带隙材料的半导体器件成为发展方向。4h-sic材料的饱和电子漂移速度是si的2倍，从而为碳化硅器件提供了较高的电流密度和较高的跨导。高击穿特性使碳化硅功率器件和开关器件具有较si和gaas器件高3~4倍的击穿电压，高的热导率和耐高温特性保证了碳化硅器件具有较高的功率密度及高温工作的可靠性。
2、目前，制备碳化硅单晶体的常用方法是物理气相传输法（pvt）。即将碳化硅粉料放在密闭的石墨坩埚中，在坩埚顶部放置碳化硅籽晶。合理设计单晶炉热场分布，使粉源区温度高于籽晶区温度，且粉源区达到碳化硅粉源升华温度点。碳化硅粉源升华产生的si、c、si2c、sic2、sic等分子经扩散或对流效应被输运至籽晶区附近。由于籽晶区温度较低，上述气氛形成一定的过冷度并在籽晶表面结晶为碳化硅晶体。
3、当前产业界，影响碳化硅广泛应用的限制因素有二，其一是成本（衬底价格占产业链总价值的约40%-50%），其二是晶体质量或称之为缺陷控制水平。成本与晶体制备的成品率以及晶体生长速率有关。而晶体成品率与生长工艺要素的控制能力有关。而晶体生长
4、经过多年发展，特别是碳化钽等特种材料的应用，使得碳化硅晶体生长质量有了显著的提高，国内头部企业所制备的碳化硅衬底质量，其总位错密度已接近或达到国际先进水平，并进入英飞凌等国际知名企业的碳化硅产业链。但是，在单炉次衬底出片数上存在较大差距，即目前还无法达到国外同等生产效率。目前无法实现高晶体质量的同时，获得较高的晶体生长效率。因此，如何在实现高晶体质量的同时提高晶体生长效率，已经成为本领域的重要研究方向之一。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术提供了一种能够提高晶体生长质量及晶体生长效率的碳化硅晶体生长坩埚及其制备方法、晶体生长炉。
2、本专利技术提出的技术方案如下：
3、根据本专利技术的第一方面，提供了一种碳化硅晶体生长坩埚，包括：
4、坩埚体，所述坩埚体的顶部具有开口；
5、碳/碳复合材料环，设于所述坩埚体的内侧壁上，且所述碳/碳复合材料环位于所述坩埚体的内侧壁上部；以及
6、坩埚盖，所述坩埚盖能够盖合所述开口。
7、在任意的实施方式中，所述碳/碳复合材料环设于所述坩埚体靠近所述开口的位置；所述坩埚盖盖合所述开口时，所述碳/碳复合材料环的上沿与所述坩埚盖的底壁相接触。
8、在任意的实施方式中，所述碳/碳复合材料环的高度与所述坩埚体的内侧壁高度的比值为（0.1~0.5）：1。
9、在任意的实施方式中，所述坩埚体的内侧壁上部具有环形槽，所述碳/碳复合材料环置于所述环形槽内，所述碳/碳复合材料环的外侧壁与所述环形槽的侧壁之间相间隔形成空腔。
10、在任意的实施方式中，所述碳/碳复合材料环的外侧壁上设有由所述碳/碳复合材料环的外侧壁向外延伸的环形限位部；所述环形限位部与所述环形槽的侧壁接触，使所述碳/碳复合材料环的外侧壁与所述环形槽的侧壁相间隔形成所述空腔。
11、在任意的实施方式中，所述环形限位部的宽度为1mm~5mm。
12、在任意的实施方式中，所述碳/碳复合材料环的体积密度为ρ，1.3g/cm3<ρ<1.7g/cm3。
13、在任意的实施方式中，所述碳/碳复合材料环平行于纤维方向的热膨胀系数低于1×10-6/℃。
14、在任意的实施方式中，所述碳/碳复合材料环垂直于纤维方向的热膨胀系数低于2×10-6/℃。
15、在任意的实施方式中，所述碳/碳复合材料环的导热系数高于10w/（m·k）。
16、在任意的实施方式中，所述坩埚体和/或所述坩埚盖的材料为碳/碳复合材料。
17、根据本专利技术的第二方面，提供了一种上述的碳化硅晶体生长坩埚的制备方法，包括以下步骤：
18、在模具的外侧包裹碳纤维单向布，形成芯层；
19、在所述芯层的外表面交替缠绕多层碳纤维网胎和碳纤维，得到碳纤维预制体；
20、对所述碳纤维预制体进行预加工，然后进行石墨化处理，得到碳/碳复合材料环胚体；
21、对所述碳/碳复合材料环胚体进行纯化处理和精密加工，得到碳/碳复合材料环；以及
22、将所述碳/碳复合材料环与所述坩埚体及所述坩埚盖组装，形成所述碳化硅晶体生长坩埚。
23、在任意的实施方式中，所述石墨化处理的温度为1800℃~2600℃，所述石墨化处理的时间为20h~50h。
24、在任意的实施方式中，所述纯化处理的温度为2000℃~2800℃，所述纯化处理的时间为10h~50h。
25、根据本专利技术的第三方面，提供了一种碳化硅晶体生长炉，包括本专利技术第一方面的碳化硅晶体生长坩埚。
26、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
27、本专利技术的碳化硅晶体生长坩埚，通过在坩埚体的内侧壁上设置碳/碳复合材料环，使该碳/碳复合材料环位于坩埚体的内侧壁上部；一方面能够为碳化硅晶体生产过程中提供一定的“碳源”，从而避免硅蒸汽在坩埚体内腔上部富集而形成硅滴缺陷，避免硅蒸汽富集抑制碳化硅晶体的生长速率；另一方面不会产生碳包裹物所需的颗粒碳原料，能够减少碳包裹物宏观缺陷及由此诱发的微管、异种晶型和位错缺陷，提高碳化硅晶体质量；再一方面能够减小碳化硅晶体与其周围坩埚材料之间的接触应力，减少由于接触应力而诱导的位错缺陷，进一步提高碳化硅晶体质量。本专利技术的碳化硅晶体生长坩埚能够同时获得较好的晶体质量和较高的晶体生长效率。
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1.一种碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述碳/碳复合材料环设于所述坩埚体靠近所述开口的位置；所述坩埚盖盖合所述开口时，所述碳/碳复合材料环的上沿与所述坩埚盖的底壁相接触。
3.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述碳/碳复合材料环的高度与所述坩埚体的内侧壁高度的比值为（0.1~0.5）：1。
4.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述坩埚体的内侧壁上部具有环形槽，所述碳/碳复合材料环置于所述环形槽内，所述碳/碳复合材料环的外侧壁与所述环形槽的侧壁之间相间隔形成空腔。
5.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述碳/碳复合材料环的外侧壁上设有由所述碳/碳复合材料环的外侧壁向外延伸的环形限位部；所述环形限位部与所述环形槽的侧壁接触，使所述碳/碳复合材料环的外侧壁与所述环形槽的侧壁相间隔形成所述空腔。
6.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述环形限位部的宽度为1mm~5mm。
7
8.一种如权利要求1~7中任一项所述的碳化硅晶体生长坩埚的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的碳化硅晶体生长坩埚的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下（1）~（2）中至少一项：
10.一种碳化硅晶体生长炉，其特征在于，包括权利要求1~7中任一项所述的碳化硅晶体生长坩埚。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述碳/碳复合材料环设于所述坩埚体靠近所述开口的位置；所述坩埚盖盖合所述开口时，所述碳/碳复合材料环的上沿与所述坩埚盖的底壁相接触。
3.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述碳/碳复合材料环的高度与所述坩埚体的内侧壁高度的比值为（0.1~0.5）：1。
4.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述坩埚体的内侧壁上部具有环形槽，所述碳/碳复合材料环置于所述环形槽内，所述碳/碳复合材料环的外侧壁与所述环形槽的侧壁之间相间隔形成空腔。
5.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长坩埚，其特征在于，所述碳/碳复合材料环的外侧壁上设有由所述碳/碳复合...
【专利技术属性】
技术研发人员：李丙菊，廖雨舟，谭善宥，吴海源，彭浩波，李军，廖寄乔，
申请(专利权)人：湖南金博碳基材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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