[发明专利]一种实时观测调控碳化硅晶体生长过程中的温度的方法及其保温设备

说明书

本发明提供一种实时观测调控碳化硅晶体生长过程中的温度的方法及其保温设备，该保温设备具有石墨坩埚，碳化硅原料和碳化硅籽晶分别置于所述石墨坩埚的底部高温区和顶部低温区，所述石墨坩埚外部采用保温桶覆盖，所述保温桶中位于所述碳化硅籽晶顶部的部分具有凸起，所述突起具有中心测温孔，不仅可以实时监测坩埚顶部的温度实现间接实时调控晶体生长，还可通过组合调整参数中心测温孔直径，所述凸起的高度和厚度等来实现对晶体生长界面轴向和径向温度场的调控，从而提高制备的碳化硅晶体的质量。

技术领域

本发明属于碳化硅材料领域，具体涉及一种基于物理气相传输法实时观测调控碳化硅晶体生长过程中温度的方法及其保温设备。

背景技术

碳化硅（SiC）单晶材料具有宽禁带、高热导率、高电子饱和迁移速率、高击穿电场等性质，与第一代半导体材料和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、电力电子器件理想的半导体材料，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、汽车电子化等方面有广泛应用。

目前生长SiC晶体最有效的方法是物理气相传输（PVT）法，为了防止晶体应力过大，普遍采用小直径测温孔式矮扁型保温盖的结构，晶体生长时，通过改变石墨坩埚上部保温材料测温孔（散热孔）的大小和形状，使得生长室内形成一定大小的温度梯度，SiC原料处于高温区，籽晶处于低温区。将坩埚内的温度升至2000〜2300℃，使得SiC原料升华，升华所产生的气相Si2C、SiC2和Si在温度梯度的作用下从原料表面传输到低温籽晶处，结晶成块状晶体。在实际生长过程中，气相组分特别容易在生长室最低温区的扁矮型测温孔中心处结晶堆积，通常生长不到一天测温孔就会被完全堵塞，这不仅导致籽晶盖的温度无法观测，更关键的是随着测温孔中心处堆积物增加，晶体生长界面的温度场发生改变，这致使晶体生长过程中生长界面的温度场极不稳定从而无法制备出高质量的碳化硅晶体。

另外，PVT法生长SiC晶体类似在一个2000℃以上超高温暗盒中进行，如果采用无测温孔的保温方式，只能通过模拟实验了解晶体生长过程中温度场的变化情况，模拟结果表明随着晶体生长厚度的增加，晶体生长界面处温度不断升高，这将容易形成多型夹杂及应力等缺陷。因此，实现实时监测SiC晶体生长过程中温度场的变化情况并据此对生长界面温度场进行调控，是制备高质量SiC晶体的关键。

发明内容

针对上述PVT法生长SiC晶体过程中测温孔容易被挥发物堵塞，改变晶体生长界面的温度场，影响制备的晶体的质量问题，本发明提供一种可实现对SiC晶体生长过程中温度场变化情况的实时监测及调控的保温设备及方法。

本发明一种碳化硅晶体保温设备，

具有石墨坩埚，

碳化硅原料和碳化硅籽晶分别置于所述石墨坩埚的底部高温区和顶部低温区，

所述石墨坩埚外部采用保温桶覆盖，

所述保温桶中位于所述碳化硅籽晶顶部的部分具有凸起，

所述突起具有中心测温孔。

此结构不仅可以实时监测坩埚顶部的温度实现间接实时调控晶体生长，还可通过组合调整参数中心测温孔直径，所述凸起的高度和厚度等来实现对晶体生长界面轴向和径向温度场的调控，从而提高制备的碳化硅晶体的质量。

优选地，所述中心测温孔直径大于15mm，小于所述碳化硅籽晶的直径。

由此可以进一步确保中心测温孔无挥发物堵塞。

优选地，所述碳化硅籽晶固定于石墨盖，所述石墨盖上部的所述突起的高度大于40mm，小于所述石墨盖到生长炉室顶部的高度。

借助于此，可实现晶体生长界面处轴向温梯和径向温梯耦合调控。