[发明专利]快速制备碳化硅的装置

说明书

本发明公开了一种快速制备碳化硅的装置，涉及碳化硅技术领域。所述装置将碳化硅块放置于第一生长腔与第二生长腔之间，籽晶位于第一生长腔的多孔氮化硼内衬中，通过内置热偶及液态金属冷却液的陶瓷籽晶杆给籽晶降温，使其附近建立起合适的生长温度和温度梯度。通过生长腔主体进入多孔氮化硼内衬中布置热电偶，监控生长环境的生长温度和气氛中的温度梯度，生长腔主体上的载气管道将使得高温载气携带碳化硅挥发出的气体至籽晶上进行生长。所述装置的温度梯度及输运过程可控，制备的碳化硅质量较高。

技术领域

本发明涉及碳化硅制备装置技术领域，尤其涉及一种快速制备碳化硅的装置。

背景技术

碳化硅是一种重要的宽禁带半导体材料，由于其禁带宽度大，高热导率、高高击穿电场、高的化学稳定性、高电子饱和迁移速率的特点，使其广泛应用于高频、高效、耐高压、耐高温、抗辐射等电力电子领域，其也是第五代移动通信的基础材料之一。由于其只有压力达到10¹⁰Pa，温度达到3200℃时才能形成化学计量比的熔体，直接通过熔体法进行生长极为困难。因此人们开始实验通过助溶剂法来降低熔体的饱和蒸汽压，并通过熔体法来制备碳化硅晶体。另一种方法为气相沉积法，在反应室2000-2300℃的温度下，SiH₄通过载气（通常为H₂）携带并与C₂H₄或者C₃H₈混合进入反应室制备碳化硅，反应压力为40KPa左右。该方法可以制备高纯碳化硅且晶体缺陷低的特点，但是该方法尚不成熟。

目前最为成熟生长方法为物理气相输运法，其通过碳化硅颗粒被加热到2000℃以上升华，升华气体再次在籽晶上生长为碳化硅单晶。但是由于硅的饱和蒸汽压要高于碳元素，因此在升华气体中很容易因为硅和碳的饱和蒸汽压不同很容易在籽晶上形成碳涂层现象，破坏生长。另外在该方法生长过程中的微管缺陷也难以控制。根据目前的理论，这些缺陷都与生长界面的温度分布、生长界面的形貌等有关，因此需要很好的控制整个生长过程的气体输运过程和生长区域的温度梯度分布，这也是制备碳化硅晶体的关键参数。因此需要一种温度梯度及输运过程可控的方法来制备高质量的碳化硅晶体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种温度梯度及输运过程可控的快速制备碳化硅的装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种快速制备碳化硅的装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体的内部设置有生长腔主体，所述生长腔主体的上端开口上设置有生长腔上盖，所述生长腔主体与生长腔上盖构成第二生长腔，所述第二生长腔的上侧设置有上电阻加热器，所述第二生长腔的外周从上到下设置有上感应线圈和主感应线圈，所述第二生长腔的下侧设置有下感应线圈，通过所述上电阻加热器、上感应线圈、主感应线圈和下感应线圈对所述第二生长腔进行加热；所述第二生长腔内设置有多孔氮化硼内衬主体，所述内衬主体上设置有若干个内衬孔，所述内衬主体的上端开口处设置有氮化硼内衬上盖，所述多孔氮化硼内衬主体与所述氮化硼内衬上盖构成第一生长腔，所述第一生长腔与第二生长腔之间的空间内设置有碳化硅块；所述陶瓷籽晶杆的下端从上到下依次穿过炉体、生长腔上盖、氮化硼内衬上盖后进入到所述第一生长腔内，所述陶瓷籽晶杆内设置有液态冷却金属腔，所述通过液态冷却金属注入管向冷却金属腔注入液态金属，所述碳化硅籽晶杆位于第一生长腔内的一端上固定连接有籽晶夹持，所述碳化硅籽晶固定在所述籽晶夹持上，所述炉体上设置有充气管和排气管，通过所述充气管向所述炉体内冲入惰性气体；所述碳化硅块在受热升华为Si_mC_n气体后，通过载气的作用源源不断的进入到第一生长腔内，Si_mC_n气体传输到碳化硅籽晶的固/气界面上形成碳化硅晶体并不断长大，直至生长至所需尺寸，其中，m=1或2，n=0、1或2。

进一步的技术方案在于：所述上电阻加热器设置有两个，分别位于所述碳化硅籽晶杆的左右两侧，每个所述上电阻加热器的上侧设置有一个导流屏，所述导流屏用于将生长腔内挥发出的气体导流至沉积板附近。