[发明专利]一种超高温双层水冷石英管真空室用双密封结构

说明书

技术领域：

本发明涉及制造碳化硅用高温设备技术领域，特指一种能够达到超高温度，且密封性能极好、安全可靠的超高温双层水冷石英管真空室用双密封结构。

背景技术：

碳化硅（SiC）是一种重要的宽带隙半导体材料，在高温、高频和大功率器件等领域有着巨大的应用潜力。和传统的硅（Si）材料相比，SiC拥有明显的优势，比如，其禁带宽度是Si的3倍，饱和电子漂移速率是Si的2.5倍，击穿电场是Si的10倍。高质量的SiC衬底与外延材料是制备高性能SiC功率器件的前提条件。

SiC材料物理性质稳定，且没有固定的熔点，在高温下可直接升华为气体。因此，SiC衬底材料的制备方法通常采用称之为物理气相传输的方法（PVT方法）。该方法需在低压条件下将SiC原料加热到1800℃以上使之汽化升华，然后将气相的SiC传输到SiC籽晶上并冷却，从而最终获得具有较高纯度的SiC单晶。目前制备SiC外延材料主要方法是高温化学气相沉积(CVD)技术。所谓化学气相沉积技术，就是利用载气将反应气体如硅烷、丙烷等运输到外延生长室内，使它们在热衬底上发生化学反应并沉积得到SiC外延材料，其生长温度往往需要达到1500-1600℃。除此之外，SiC功率器件的制备时需要进行离子注入，之后也需要在较高温度下（1500℃以上）进行退火。

由此可见，SiC衬底与外延材料的制备以及后续退火工艺，都需要能到达到较高温度的真空腔室。射频加热方法是目前最常用的加热方法。石英管物理化学性质稳定，是最常用的耐高温材料。因此，在射频加热方法中，真空腔室通常采用单层石英管结构以隔离将腔室内部的石墨感应体与外界隔离。

然而，由于石英管本身耐温能力有限，单层石英管真空室耐温低于1800℃，且对于焊接式石英管腔室，焊接技术要求高，且石英管易变形，还可能存在内应力，存在安全隐患。显然，现有的真空腔室结构已无法满足的SiC材料的生长与器件制备要求。因此，如何设计一种能够达到超高温度且安全可靠的真空腔室密封结构已成为一个亟待解决的课题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够达到超高温度，且密封性能极好、安全可靠的超高温双层水冷石英管真空室用双密封结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：该超高温双层水冷石英管真空室用双密封结构包括有一双层石英管嵌套结构，该双层石英管嵌套结构包括：一外层石英管及内嵌于外层石英管中的内层石英管，其中，该内、外层石英管之间形成一环形空腔，所述的双层石英管嵌套结构两端分别通过一不锈钢密封组件固定装配，令内、外层石英管之间相互隔绝；所述不锈钢密封组件包括：用于密封所述外层石英管的第一不锈钢法兰盘和第一不锈钢紧固圆环以及用于密封内层石英管的第二不锈钢法兰盘和第二不锈钢紧固圆环，该第二不锈钢法兰盘外侧以可拆装的方式紧密安装有一用于打开或闭合所述内层石英管的内腔的不锈钢盖；所述的不锈钢密封组件中设置有至少一个连通所述环形空腔的水冷端口；所述第二不锈钢法兰盘的内壁与内层石英管外壁之间形成有泄露水汽真空隔离区，该第二不锈钢法兰盘上设置有至少一个与该泄露水汽真空隔离区连通的抽气管。

进一步而言，上述技术方案中，所述第一不锈钢法兰盘中开设有用于装配的第一通孔，该第一通孔包括：与所述外层石英管端部配合的第一安装位以及与第二不锈钢法兰盘配合并供所述内层石英管穿过的第二安装位，该第一安装位与所述的环形空腔连通，且该第一安装位的前端面及第二安装位的后端面处分别形成有用于安装密封件的第一倒角和第二倒角。

进一步而言，上述技术方案中，所述第一不锈钢法兰盘的上端设置有至少一个连通所述第一安装位的水冷端口。

进一步而言，上述技术方案中，所述的第一不锈钢紧固圆环紧密固定于所述第一不锈钢法兰盘中第一安装位的前端面；所述的外层石英管镶嵌于第一不锈钢法兰盘的第一安装位中，所述的第一不锈钢紧固圆环与第一不锈钢法兰盘上第一安装位端口的第一倒角之间设置有第一密封圈，令外层石英管的端部密封安装于第一不锈钢法兰盘中。

进一步而言，上述技术方案中，所述的第二不锈钢法兰盘安装于第一不锈钢法兰盘的后端，并与第一不锈钢法兰盘上第二安装位端口的第二倒角之间设置有第二密封圈，令第二不锈钢法兰盘与第一不锈钢法兰盘形成紧密装配。

进一步而言，上述技术方案中，所述的第二不锈钢法兰盘中心位置开设有第二通孔，该第二通孔包括：与所述内层石英管端部配合的第三安装位以及与第三安装位连通的容腔，其中该第三安装位相对安装有第一不锈钢法兰盘的另一端设置有用于安装密封件的第三倒角。