【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳化硅晶体生长，特别涉及一种利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置及方法。
技术介绍
1、碳化硅晶体作为第三代宽禁带半导体材料的一个重要成员，具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高饱和电子漂移速度等出色特性，使得碳化硅晶体非常适合高频、大功率、抗辐射、耐腐蚀、耐高温等应用场合。
2、目前普遍采用的碳化硅晶体生长技术为物理气相传输法(physical vaportransport method)，其原理为利用碳化硅粉体在一定的温度范围内容易发生分解升华的性质，使其生成特定的气相成分碳化硅，而后在碳化硅粉体和碳化硅籽晶之间构建一个温度梯度，这样受该温度梯度的作用，气相成分的碳化硅会向处于相对较低温场的碳化硅籽晶生长界面运动，并在生长界面上发生物理化学反应以形成碳化硅晶体。具体实现形式为：将石墨坩埚置于长晶炉内，石墨坩埚顶部固定碳化硅籽晶，石墨坩埚下部盛装碳化硅粉体，通过对石墨坩埚进行加热来使石墨坩埚内达到碳化硅晶体生长所需的温场。
3、在碳化硅晶体的生长过程中，由于需要满足长晶炉内不同位置不同时间点的温度要求，为此通常采用升降坩埚的方式来调节坩埚的位置，以实现对碳化硅籽晶处的温场进行调节与控制。但是，坩埚的升降会对碳化硅籽晶处温场的均匀稳定性造成严重影响，打乱碳化硅气氛的有序传输，而且还会使坩埚内的碳化硅粉体发生振动移位，增加晶体缺陷的产生机率，进而影响碳化硅晶体的生长质量。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的是提供一种利用物理气相传输法生长
2、一方面，本专利技术提供了一种利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，包括炉体、炉盖、坩埚组件、保温层、加热器、冷却组件、测温装置、控制单元，炉盖盖合于炉体上，以形成能够进行抽真空和填充保护气体的第一容腔，坩埚组件设于第一容腔内，坩埚组件包括坩埚体、坩埚盖组件，坩埚盖组件盖合于坩埚体上，以形成与第一容腔连通的第二容腔，坩埚盖组件朝向第二容腔一侧设有碳化硅籽晶，坩埚体底部用于盛装碳化硅粉体，保温层包覆坩埚体的侧壁和底壁且抵接于炉盖上，加热器设于第一容腔内且位于保温层背对坩埚体的一侧，用于按预设时间温度曲线对坩埚体进行加热，以在第二容腔内形成对应的温场，冷却组件用于改变碳化硅籽晶处的温场，测温装置用于测量坩埚体的侧壁的轴向温度和底壁的温度以及坩埚盖组件的径向温度，控制单元用于根据测温装置获取的温度数据和预设时间温度曲线调节冷却组件的冷却功率和加热器的输出功率。
3、另外，根据本专利技术上述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，还可以具有如下附加的技术特征：
4、进一步地，坩埚盖组件包括石墨籽晶托、石墨挡圈，石墨挡圈的两端周侧边缘分别与石墨籽晶托的周向边缘和坩埚体开口处的周向边缘相抵接，石墨籽晶托朝向第二容腔内的表面设有用于粘接碳化硅籽晶的粘料板。
5、进一步地，石墨挡圈背对第二容腔的一侧紧邻保温层。
6、进一步地，炉盖包括主壳体、侧围壳体，保温层抵接于主壳体靠近第一容腔的一侧，侧围壳体固接于主壳体的周侧边缘，冷却组件包括第一冷却剂输送装置、设于主壳体上的第一水道、第一进水口和第一出水口，以及第二冷却剂输送装置、设于侧围壳体上的第二水道、第二进水口和第二出水口，第一冷却剂输送装置的输出端与输入端分别连通第一进水口与第一出水口，第一进水口和第一出水口均与第一水道连通，第二冷却剂输送装置的输出端与输入端分别连通第二进水口与第二出水口，第二进水口和第二出水口均与第二水道连通。
7、进一步地，石墨籽晶托与主壳体间隔设置，以在石墨籽晶托、保温层和主壳体之间形成第三容腔，用于测量坩埚盖组件的径向温度的测温装置穿设在主壳体上，且其前端伸进第三容腔内后靠近主壳体。
8、进一步地，第二水道沿侧围壳体的周向环绕设置，且其宽度大于等于碳化硅晶体的生长高度。
9、进一步地，坩埚体上设有与其同轴设置的石墨环，石墨环的内环直径比碳化硅籽晶的直径大5～25mm。
10、进一步地，炉体设有第一气口、第二气口，第一气口用于连接抽真空装置，第二气口用于连接保护气体输送装置。
11、另一发面，基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的方法，应用了前述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，该方法具体包括以下步骤：
12、将高纯碳化硅粉体放置于坩埚体的底部，将碳化硅籽晶固定于坩埚盖组件朝向第二容腔的一侧；
13、将组装后的坩埚组件放入炉体内，关闭炉盖后，将第一容腔调节至预设真空度，之后向第一容腔中通入保护气体；
14、启动加热器，按预设时间温度曲线对坩埚体进行加热；同时，控制单元根据测温装置获取的温度数据和预设时间温度曲线调节冷却组件的冷却功率和加热器的输出功率；
15、碳化硅晶体生长结束后，关闭加热器和冷却组件，待第一容腔自然冷却至预设温度后，拆开坩埚盖组件并取下碳化硅晶体。
16、进一步地，碳化硅生长过程包括升温阶段、升华阶段、长晶阶段，按预设时间温度曲线对坩埚体进行加热具体包括以下步骤：
17、加热器按照升温阶段对应的预设时间温度曲线持续加热8～10h，使得第一容腔内的温度达到1570～1800℃；
18、加热器按照升华阶段对应的预设时间温度曲线持续加热50～70h，使得第一容腔内的温度达到2120～2350℃，同时使第一容腔内的保护气体的压力处于5～100mbar内；
19、加热器按照长晶阶段对应的预设时间温度曲线持续加热50～70h，同时开启冷却组件，使得第一容腔内的温度达到2270～2400℃，同时使第一容腔内的保护气体的压力处于20～80mbar内，之后保持80～150h的恒温恒压状态。
20、本专利技术的有益效果包括：通过测温装置测量坩埚体的侧壁的轴向温度和底壁的温度以及坩埚盖组件的径向温度，加热器按照晶体生长特性匹配的时间温度曲线进行加热，控制单元根据时间温度曲线和测温装置获取的温度数据，调节加热器的冷却功率和加热器的输出功率，实现对第二容腔内的多区域进行控温，从而使得碳化硅晶体始终处于最佳的生长温场中，以此保证碳化硅晶体的生长速率，降低碳化硅晶体产生缺陷的机率。
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1.一种利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置包括：
2.根据权利要求1所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述坩埚盖组件包括石墨籽晶托、石墨挡圈，所述石墨挡圈的两端周侧边缘分别与所述石墨籽晶托的周向边缘和所述坩埚体开口处的周向边缘相抵接，所述石墨籽晶托朝向所述第二容腔内的表面设有用于粘接碳化硅籽晶的粘料板。
3.根据权利要求2所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述石墨挡圈背对所述第二容腔的一侧紧邻所述保温层。
4.根据权利要求2或3所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述炉盖包括主壳体、侧围壳体，所述保温层抵接于所述主壳体靠近所述第一容腔的一侧，所述侧围壳体固接于所述主壳体的周侧边缘，所述冷却组件包括第一冷却剂输送装置、设于所述主壳体上的第一水道、第一进水口和第一出水口，以及第二冷却剂输送装置、设于所述侧围壳体上的第二水道、第二进水口和第二出水口，所述第一冷却剂输送装置的输出端与输入端分别连通所述第一进水口与所述第一出水
5.根据权利要求4所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述石墨籽晶托与所述主壳体间隔设置，以在所述石墨籽晶托、所述保温层和所述主壳体之间形成第三容腔，用于测量所述坩埚盖组件的径向温度的测温装置穿设在所述主壳体上，且其前端伸进所述第三容腔内后靠近所述主壳体。
6.根据权利要求4所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述第二水道沿所述侧围壳体的周向环绕设置，且其宽度大于等于碳化硅晶体的生长高度。
7.根据权利要求1所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述坩埚体上设有与其同轴设置的石墨环，所述石墨环的内环直径比碳化硅籽晶的直径大5～25mm。
8.根据权利要求1所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述炉体设有第一气口、第二气口，所述第一气口用于连接抽真空装置，所述第二气口用于连接保护气体输送装置。
9.一种利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的方法，其特征在于，应用了如权利要求1至8任一项所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，所述利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的方法，其特征在于，碳化硅生长过程包括升温阶段、升华阶段、长晶阶段，所述按所述预设时间温度曲线对所述坩埚体进行加热具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置包括：
2.根据权利要求1所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述坩埚盖组件包括石墨籽晶托、石墨挡圈，所述石墨挡圈的两端周侧边缘分别与所述石墨籽晶托的周向边缘和所述坩埚体开口处的周向边缘相抵接，所述石墨籽晶托朝向所述第二容腔内的表面设有用于粘接碳化硅籽晶的粘料板。
3.根据权利要求2所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述石墨挡圈背对所述第二容腔的一侧紧邻所述保温层。
4.根据权利要求2或3所述的利用物理气相传输法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述炉盖包括主壳体、侧围壳体，所述保温层抵接于所述主壳体靠近所述第一容腔的一侧，所述侧围壳体固接于所述主壳体的周侧边缘，所述冷却组件包括第一冷却剂输送装置、设于所述主壳体上的第一水道、第一进水口和第一出水口，以及第二冷却剂输送装置、设于所述侧围壳体上的第二水道、第二进水口和第二出水口，所述第一冷却剂输送装置的输出端与输入端分别连通所述第一进水口与所述第一出水口，所述第一进水口和所述第一出水口均与所述第一水道连通，所述第二冷却剂输送装置的输出端与输入端分别连通所述第二进水口与所述第二出水口，所述第二进水口和所述第二出水口均与所述第二水道连通。
5.根据权利要求4...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵元亚，崔思远，文国昇，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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