[发明专利]一种晶体制备装置

说明书

本发明提供了一种晶体制备装置，包括：长晶炉，长晶炉包括绝热炉壁、坩埚主体和中频加热线圈，绝热炉壁围成一生长腔室，坩埚主体设置于生长腔室内，中频加热线圈绕置于坩埚主体外围，坩埚主体用于盛装待结晶的SiC原料；绝热炉壁上部设置有用于密封生长腔室的绝热滑动盖体，绝热滑动盖体的轴线方向穿过一SiC籽晶夹具，一端位于生长腔室内，另一端位于生长腔室外，并部分伸入至一散热通道中；不仅能够防止碳化硅原料表面的碳化现象，还能防止由感应磁场波动所导致加热温度超过籽晶或生成的碳化硅单晶的升华温度所造成的生成的碳化硅晶体消耗，另外还可以有效避免碳化硅原料中的大颗粒金属杂质以及硅包裹体等对最后生成的碳化硅单晶所造成的缺陷。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体而言，涉及一种晶体制备装置。

背景技术

传统的碳化硅晶体生产设备及方法采用中频感应加热高密度石墨坩埚，将多晶碳化硅粉体材料置于石墨坩埚底部，受到坩埚的热传导被加热到2200-2500℃，碳化硅原材料升华，并分解，产生的主要成分包括Si、SiC、Si2C、SiC2等。碳化硅籽晶置于坩埚盖上的籽晶托上，处于相对低温区，碳化硅原材料置于高温区。气相组分在温度梯度的驱动下向低温区传输，在碳化硅籽晶表面沉积生长为碳化硅晶体。

但在现有技术中，碳化硅原材料在升华分解过程中，Si元素的流失速度快于C元素的流失速度，使得剩余原材料在坩埚底部成分发生变化，C元素含量逐渐增加，Si元素含量逐渐减少，Si/C原子比逐渐减小，碳化硅原材料表面不断被碳化，阻止了碳化硅粉料的进一步升华分解。此时，碳化硅原材料的利用被阻断，碳化硅晶体的生长也不再持续。并且，在高温中碳化硅晶体表面或者籽晶背面也会不断升华，容易造成晶体缺陷。

另外，由于中频加热过程中感应磁场容易产生波动，导致晶体生长的温场难以保持稳定，尤其是当加热温度超过籽晶升华的温度时，此时不仅会阻止碳化硅晶体生长，而且还会对已经生成的碳化硅晶体消耗；并且高温作用下的碳化硅原材料之间也会不断结晶长大，形成多晶材料。然而温度的控制具有滞后性，如若不能及时控制籽晶的生长温度将极易造成碳化硅晶体生成缺陷。

再次，碳化硅原料中的大颗粒金属杂质以及硅包裹体等在传统的碳化硅气相由下向上传输过程中也会跟随到达碳化硅单晶生长界面最终形成大颗粒杂质缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶体制备装置，其不仅能够防止碳化硅原料表面的碳化现象，保障碳化硅晶体的持续生长，还能防止由感应磁场波动所导致加热温度超过籽晶或生成的碳化硅单晶的升华温度所造成的生成的碳化硅晶体消耗，另外还可以有效避免碳化硅原料中的大颗粒金属杂质以及硅包裹体等对最后生成的碳化硅单晶所造成的缺陷。

本发明是这样实现的：

一种晶体制备装置，包括：长晶炉，所述长晶炉包括绝热炉壁、坩埚主体和中频加热线圈，所述绝热炉壁围成一生长腔室，所述坩埚主体设置于所述生长腔室内，所述中频加热线圈绕置于所述坩埚主体外围，用于加热所述坩埚主体，所述坩埚主体用于盛装待结晶的SiC原料；所述绝热炉壁上部设置有用于密封所述生长腔室的绝热滑动盖体，所述绝热滑动盖体的轴线方向穿过一SiC籽晶夹具，所述SiC籽晶夹具一端位于所述生长腔室内，并且端部固定有SiC籽晶片，另一端位于所述生长腔室外，并部分伸入至一散热通道中；所述SiC籽晶片所位于的生长腔室上部空间为结晶区；所述待结晶的SiC原料与所述SiC籽晶片之间的区域由下至上依次设置有旋转机构和过滤装置，所述旋转机构部分覆盖于所述SiC原料上表面；所述过滤装置为具有至少两种孔径的多孔板；所述SiC籽晶夹具包括第一端部、第二端部以及导热棒；所述第一端部固定所述SiC籽晶片，并与所述SiC籽晶片容置于所述生长腔室内，所述第二端部为柱状，且沿其轴线方向开设有盲孔，所述导热棒一端插设于所述盲孔内并与所述第二端部内壁充分接触，另一端插设于所述散热通道中，并与所述散热通道壁面固定连接。