[实用新型]一种用于制备高质量、大尺寸碳化硅单晶的装置

说明书

本申请公开了一种用于制备高质量、大尺寸碳化硅单晶的装置，包括：长晶炉，长晶炉内设置有坩埚，坩埚的开口呈缩口形；长晶炉的外侧设有提拉电机，提拉电机通过升降机构与坩埚的坩埚上盖连接；坩埚的上方设有组合式加热器，组合式加热器包括多个同心设置的加热环，以使得通过控制所述多个同心设置的加热环的加热温度，调节碳化硅单晶在长晶阶段时坩埚内的轴向温梯和径向温梯。本申请提供的制备碳化硅单晶的装置，通过调节多个加热环整体的温度，控制坩埚内部的轴向温梯，控制每个加热环各自的温度，进而控制热场中特别是晶体生长界面处的径向温梯，使其能够维持较大的晶体边缘径梯，提高边缘质量，同时获得更大尺寸的碳化硅单晶。

技术领域

本申请属于单晶制备装置技术领域，具体涉及一种用于制备高质量、大尺寸碳化硅单晶的装置。

背景技术

在利用PVT法制备碳化硅单晶时，碳化硅籽晶被固定在坩埚盖的内侧顶部不动，坩埚内装有碳化硅长晶原料，长晶原料升华后分解的气相在籽晶处凝结成晶体。

然而，随着晶体的生长，原料气相传输距离逐渐缩短，晶体生长界面与原料界面间的温差逐渐减小，生长界面置于高温区域，使得生长界面的温度有所升高，此时气相区在z轴方向上的温度梯度，即轴向温梯逐渐减小，而轴向温梯的减小，一方面会导致气氛传输变慢，晶锭在厚度上难以长厚；另一方面，紧邻生长界面区域中气象组分Si_mC_m的浓度增大，相互作用的概率也会增大，严重时会因气氛的过饱和度降低而产生多型。

与此同时，在碳化硅长晶过程中，随着晶体边缘尺寸的生长，其径向温梯也逐渐减小，进而导致晶体的边缘区域生长速率加快，一方面，由此容易产生微管、多型、边缘多晶等缺陷，另一方面，籽晶的扩径直径也难以进一步增加。

因此，在利用PVT法制备碳化硅单晶时，特别是在长晶阶段，轴向温梯和径向温梯的不稳定性，限制了碳化硅单晶的质量和尺寸的提升。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种能够在碳化硅单晶的制备过程中控制调节轴向温梯和径向温梯，制备获得高质量、大尺寸的碳化硅单晶的装置。该装置包括：

长晶炉，所述长晶炉内设置有坩埚，所述坩埚的开口呈缩口形；所述长晶炉的外侧设有提拉电机，所述提拉电机通过升降机构与所述坩埚的坩埚上盖连接；

所述坩埚的上方设有组合式加热器，所述组合式加热器包括多个同心设置的加热环，以使得通过控制所述多个同心设置的加热环的加热温度，调节碳化硅单晶在长晶阶段时坩埚内的轴向温梯和径向温梯。

本申请提供的用于制备碳化硅单晶的装置，通过在长晶炉内侧坩埚的上方位置设置多个同心设置的加热环，在组合式加热器的位置处能够形成多个沿径向套接的环形加热温区。一方面，将组合式加热器设置在坩埚的上方，使得在使用时，通过调节所有加热环整体的温度，能够控制坩埚内部热场内轴向温梯，以提高晶体的生长速率，并保证晶体的生长环境稳定，既能够促使晶锭厚度的增长，又能够避免因气氛传输不足而产生多型；另一方面，各个加热环还可以分别独立的控制，在长晶后期，可以控制每个加热环各自的温度，而同心环形的设置更便于控制坩埚内温场在径向上形成一定的温度差值，例如使沿由圆心向外侧方向的加热环的温度依次递减，进而控制热场中特别是晶体生长界面处的径向温梯，使其能够维持稳定的晶体边缘径梯，进而扩大晶体的直径，同时提高单晶边缘处的质量，最终获得高质量、大尺寸的碳化硅晶体。

与此同时，坩埚的缩口形开口，使得坩埚具有更大的内部容腔，以增大原料的装料量。并且，提拉电机和升降机构的设置，使该装置在长晶过程中能够通过提拉坩埚上盖的方式提拉碳化硅籽晶，进而维持生长界面温度以及气相传输距离的恒定，进一步维持轴向温梯的稳定性，减小或避免多型等缺陷的产生，提升晶体的质量。

可选的，所述提拉电机和升降机构可以采用现有技术中的多种已知设备实现。