[实用新型]一种制备单晶的装置

说明书

本申请公开了一种制备单晶的装置，属于半导体材料领域。该制备单晶的装置包括坩埚、加热线圈组和保温结构，坩埚形成生长腔，生长腔内设置籽晶，保温结构包括与籽晶对应位置设置测温孔的上保温结构，装置还包括调节机构，调节机构包括保温环组，保温环组的外径与测温孔的内径相同，保温环组的中心设置通孔，保温环组包括多个内径递减的保温环，调节机构能够将内径由大至小的保温环放入测温孔，以减小测温孔的开口面积，进而调节生长腔内的径向温度梯度。该单晶生长装置不仅可以调节生长单晶的生长腔内径向温度梯度；并且可以在降低径向温度梯度的同时，可以保证具有一定的轴向温度梯度，而可以高效率的制得高质量的单晶。

技术领域

本申请涉及一种制备单晶的装置，属于半导体材料领域。

背景技术

碳化硅单晶是最重要的第三代半导体材料之一，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。

目前碳化硅单晶的主要制备方法是物理气相传输(PVT)法。在PVT法制备晶体的过程中，生长晶体的生长腔内存在径向温度梯度和轴向温度梯度。在晶体稳定生长阶段，较大的轴向温度梯度具有较快的晶体生长速度，较小的径向温度梯度可以减少引入应力及位错。但是在实际生产中难以同时达到大轴向温度梯度和小径向温度梯度。

另一方面，在碳化硅晶体生长过程中，常常需要径向温度梯度发生一定的变化来改善晶体质量。晶体生长初期需要一定的径向温度梯度来完成横向生长，生长初期较大的径向温度梯度可在一定程度上减轻空洞的产生。而晶体生长后期则需要促进晶体纵向生长，不需要较大的径向温度梯度。

总的来说，为快速制得高质量、低缺陷的碳化硅晶体，需要在晶体生长初期的径向温度梯度大，轴向温度梯度小；而在稳定生长阶段的径向温度梯度小，轴向温度梯度大。

然而，目前制备碳化硅的PVT设备通常采用上下直径相同的感应线圈。现有的感应线圈的加热方式，一方面，难以在提高生长腔的轴向温度梯度时，不影响径向温度梯度，保证小的径向温度梯度；另一方面，在降低径向温度梯度时，轴向温度梯度也有很大的下降，无法保证生长速率。另外，目前的设备中也难以实现在碳化硅晶体的生长过程中的径向温度梯度在较大范围内的调控，难以实现碳化硅晶体生长中所需的径向温度梯度的改变。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种单晶生长装置，该单晶生长装置可以调节生长单晶的生长腔内径向温度梯度；还可以在降低径向温度梯度的同时，可以保证具有一定的轴向温度梯度，而可以高效率的制得高质量、低缺陷的单晶。

根据本申请的一个方面，提供了一种制备单晶的装置，包括坩埚、加热线圈组和保温结构，所述坩埚形成生长腔，所述生长腔内设置籽晶，所述保温结构包括与所述籽晶对应位置设置测温孔的上保温结构，所述装置还包括调节机构，所述调节机构包括保温环组，所述保温环组的外径与所述测温孔的内径相同，所述保温环组的中心设置通孔，所述保温环组包括多个内径递减的保温环，所述调节机构能够将内径由大至小的所述保温环放入所述测温孔，以减小所述测温孔的开口面积，进而调节所述生长腔内的径向温度梯度。单晶生长初期需要在长晶面形成大的径向温度梯度，需要大横截面的测温孔；稳定生长阶段需要在长晶面形成尽量小的径向温度梯度，需要小横截面的测温孔，所以在测温孔内添加保温环以减小测温孔的内径。根据单晶生长初期与稳定生长阶段对生长腔内的长晶面的径向温度梯度要求的不同，通过调节测温孔的大小来调节长晶面的径向温度梯度。

可选地，所述保温环包括保温环主体和保温环主体内壁设置的向内延伸的支撑台，所述支撑台设置在所述保温环主体的底部，所述支撑台的厚度不大于5mm。优选地，所述支撑台的厚度为2mm。

可选地，所述保温环组的高度与所述上保温结构的厚度大致相同。

可选地，所述测温孔的开口面积占所述籽晶的面积的比例为2％-25％。优选地，所述测温孔的开口面积占所述籽晶的面积的比例为7％-15％。