[实用新型]一种物理气相输运法生长碳化硅晶体的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于碳化硅晶体生长技术领域，具体涉及一种物理气相输运法生长碳化硅晶体的装置。

背景技术

碳化硅单晶材料是第三代宽带隙半导体材料的代表，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，与以硅为代表的第一代半导体材料和以GaAs为代表的第二代半导体材料相比，有着明显的优越性，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件和高温电子器件等理想的半导体材料。在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化以及电力电子等方面有广泛应用。

碳化硅单晶材料的生长比较困难，目前普遍采用物理气相沉积法(也叫PVT或改进的Lely法)，该方法中一般的原材料为碳化硅粉末，将碳化硅粉末加热到一定温度就会显著升华，而分解的碳化硅气体会沿着温度梯度输运并在碳化硅籽晶处凝聚。但是，碳化硅粉末升华需要很高的温度(＞2000℃)，很容易导致碳化硅粉末的碳化，而碳化硅粉末碳化后产生的微小C颗粒同样会沿着温度梯度输运并最终在碳化硅单晶中形成包裹物，影响最终碳化硅单晶质量。另外，SiC晶体生长时，坩埚中从粉料到籽晶之间温度逐渐降低，形成一定的温度梯度，由于温度梯度的存在，使得坩埚中从源到晶种之间气体分子的浓度不同，即温度梯度决定了浓度梯度。温度梯度和浓度梯度的微小波动是缺陷形成的主要原因之一，当籽晶上存在温度、浓度的差异时，生长的晶体会产生微管、位错、夹杂等缺陷。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种物理气相输运法生长碳化硅晶体的装置。

本实用新型采用以下技术方案：一种物理气相输运法生长碳化硅晶体的装置，包括坩埚，坩埚上设有坩埚盖，坩埚盖下部设有籽晶托，籽晶托上粘有籽晶，坩埚内壁设有定位块，定位块上依次设有石墨滤网和导流罩；所述的石墨滤网的外径与坩埚内径相适应；所述的石墨滤网上表面和下表面均涂有耐高温金属化合物涂层；所述的导流罩为圆台状筒体，导流罩顶部尺寸与籽晶尺寸相匹配，导流罩底部尺寸与石墨滤网外径相匹配；所述的籽晶托为真空结构。

所述的石墨滤网至少有一级。

所述的耐高温金属化合物涂层选自稀有金属的碳化物或稀有金属的氮化物或其混合物；所述的稀有金属选自钽或铪或铌或钛或锆或钨或钒。

所述的石墨滤网的孔径小于10微米。

使用时，首先将籽晶固定于籽晶托上，并将坩埚底部填充碳化硅粉料并压实。调节定位块，使得石墨滤网调至压实的碳化硅粉料上方适宜操作位置。

使用感应线圈对坩埚进行加热，当温度达到碳化硅粉料升华温度时，碳化硅粉料开始升华，产生碳化硅升华气体；同时，碳化硅粉料开始碳化，产生碳颗粒，碳化硅升华气体与碳颗粒均沿着温度梯度向上移动。上升过程中，由于石墨滤网的阻碍，固态的碳颗粒无法通过石墨滤网到达坩埚的顶部，而气态的碳化硅升华气体可以通过石墨滤网并在导流罩的导流作用下达到坩埚的顶部，进而在籽晶上进行凝结，进行碳化硅单晶的生长。所述的石墨滤网的外径与坩埚内径相适应，实现了对碳颗粒的全方位阻碍。

本实用新型中导流罩将高温下碳化硅气体束集到籽晶表面，从而实现碳化硅近距离平衡态生长，提高碳化硅晶体的质量。

所述的籽晶托为真空结构，可以起到隔热作用，避免了温场波动对晶体质量的影响。

所述的石墨滤网上表面和下表面均涂有耐高温金属化合物涂层；所述的耐高温金属化合物涂层选自稀有金属的碳化物或稀有金属的氮化物或其混合物；所述的稀有金属选自钽或铪或铌或钛或锆或钨或钒。之所以选用上述材料作为石墨滤网的涂层，是因为上述耐高温金属化合物，是因为其熔点高于碳化硅的升华温度，并且在碳化硅升华温度下相对于硅和氢具有化学惰性，同时形成了一层保护膜，避免石墨滤网中的碳对单晶生长造成影响。另外，其热膨胀系数与石墨非常类似，从而避免在升华温度下石墨和耐高温金属化合物涂层之间出现裂缝。

所述的石墨滤网的孔径小于10微米，进一步确保了碳化硅升华气体与碳颗粒的充分分离。

所述的坩埚内底部均匀设有导热片，可以将热量充分传导，保证了碳化硅粉料的充分受热升华。

综上所述，本实用新型结构简单，采用本实用新型，具有以下优点：

1、可以较好的阻挡C颗粒的输送，同时保证碳化硅升华产生气体的通过，这样既去除了碳化硅单晶中的包裹物，又保证了碳化硅单晶的正常生长；

2、采用导流罩，将高温下碳化硅气体束集到籽晶表面，从而实现碳化硅近距离平衡态生长，提高碳化硅晶体的质量；