[发明专利]碳化硅单晶的制备装置及其应用

说明书

本申请公开了一种碳化硅单晶的制备装置及其应用，属于单晶的制备领域。该碳化硅单晶的制备装置，其包括坩埚、装料桶和旋转升降单元；坩埚包括上部坩埚和下部坩埚；装料桶包括桶身和开口部，桶身设置在下部坩埚内，开口部与上部坩埚转动连接，装料桶和上部坩埚形成物理气相传输法制备碳化硅单晶的生长腔；装料桶与下部坩埚之间形成隔离空腔；旋转升降单元驱动装料桶相对于籽晶旋转升降。该制备装置其装料桶在旋转升降的过程中精确、稳定的处于作为发热体的坩埚的中心位置，装料桶截面的各个方向的温度一致使其内部受热均匀，进而避免了制得的碳化硅单晶内产生碳包裹体等缺陷，提高了制得的碳化硅单晶的质量。

技术领域

本申请涉及一种碳化硅单晶的制备装置及其应用，属于单晶的制备领域。

背景技术

碳化硅是继硅、砷化镓之后的第三代宽禁带半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。高质量晶体是半导体和信息产业发展的基石，它的制备水平制约了下游器件的制备与性能。尽管近几年物理气象传输法(PVT)生长碳化硅晶体取得了长足的进步，但其生长晶体的稳定性仍需要进一步研究。比如保温和坩埚损耗造成其使用次数的下降和长晶稳定性的波动。并且碳化硅晶体尺寸的扩大能大幅降低功率器件、电子电力器件的成本。

目前所应用的坩埚大部分与原料直接接触，造成坩埚被侵蚀，降低寿命增加成本，降低长晶的稳定性，并且其造成的石墨化会影响晶体质量。特别是大尺寸碳化硅(大于等于6英寸)晶体的生长，更需要长晶的稳定性。任何一点波动都可能导致晶体缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种碳化硅单晶的制备装置及其应用，该制备装置其装料桶在旋转升降的过程中精确、稳定的处于作为发热体的坩埚的中心位置制得高质量的碳化硅单晶；该碳化硅单晶的制备装置的使用方法，解决了现有技术中坩埚内的径向温度在长晶过程中无法实时检测的盲点；该制备方法制得的碳化硅单晶的质量高，缺陷少，尤其是可以制得高质量的大于等于6英寸的碳化硅单晶。

根据本申请的一个方面，提供了一种碳化硅单晶的制备装置，该制备装置其装料桶在旋转升降的过程中精确、稳定的处于作为发热体的坩埚中心位置，减缓了原料碳化不均匀，并且坩埚内的径向温度梯度小，减少了制得的碳化硅单晶的残余内应力过大、碳包裹体、晶体厚度不均匀等问题，提高了制得的碳化硅单晶的质量。

该碳化硅单晶的制备装置，其包括加热单元、保温结构和坩埚，还包括装料桶和旋转升降单元；

所述坩埚包括上部坩埚和下部坩埚，所述上部坩埚的坩埚盖内侧面设置籽晶；

所述装料桶包括桶身和开口部，所述桶身设置在所述下部坩埚内，所述桶身与所述下部坩埚之间形成隔离空腔，所述开口部与所述上部坩埚转动连接；所述装料桶和所述上部坩埚形成物理气相传输法制备碳化硅单晶的生长腔，所述生长腔包括气相传输区和所述装料桶内的原料区；

所述旋转升降单元驱动所述装料桶相对于所述上部坩埚旋转升降。

可选地，所述生长腔为密封结构。

可选地，所述转动连接包括通过螺纹结构连接。

可选地，所述上部坩埚的内径小于所述下部坩埚的内径。

优选地，所述装料桶的开口部的内径小于或等于所述桶身内径。

所述加热单元包括电阻加热体组和感应加热线圈；和

所述电阻加热体组直接加热所述上部坩埚，所述感应加热线圈感应加热所述下部坩埚。

可选地，所述保温结构包括保温侧壁，所述电阻加热体组设置在所述上部坩埚与所述保温侧壁之间，所述保温侧壁设置在所述感应线圈和所述下部坩埚之间。

可选地，所述上部坩埚对应的上部保温侧壁沿籽晶至原料的方向设置多个侧部测温孔。