[发明专利]一种PVT法气流导向的碳化硅单晶生长装置及使用方法

权利要求书

1.一种PVT法气流导向的碳化硅单晶生长装置，包括粘接石墨籽晶托（1）、籽晶（2）、坩埚上（4）、石墨连接环（5）、坩埚下（6）、外壳箱体（8）、上测温杆（9）和下测温杆（10），所述外壳（8）是由保温材料组成的，所述上测温杆（9）穿过外壳箱体（8）的上端面设置在外壳箱体（8）的上部，所述下测温杆（10）穿过外壳箱体（8）的底面设置在外壳箱体（8）的下部，所述坩埚下（6）设置在下测温杆（10）的上方，所述坩埚上（4）设置上测温杆（9）的下方，所述粘接石墨籽晶托（1）设置在坩埚上（4）的上端 ，所述籽晶（2）设置在石墨籽晶托（1）的下端，所述坩埚组件（5）设置在坩埚上（4）和坩埚下（6）之间，其特征在于：

石墨连接环（5）的材质是与坩埚上（4）和坩埚下（6）材质不同的多孔石墨材料，孔径为1-100 μm，孔隙率和孔径均与坩埚上（4）和坩埚下（6）有差异。

2.一种采用如权利要求1所述的PVT法气流导向的碳化硅单晶生长装置的使用方法，其特征在于：具体步骤如下：

第一步：将生长碳化硅用SiC粉源（7）装入坩埚下（6）内，将SiC籽晶（2）和粘接石墨籽晶托（1）装配到坩埚上（4）上端，用石墨连接环（5）将坩埚上（4）和坩埚下（6）固定连接；

第二步：装炉完毕后，对单晶生长炉进行抽真空和升温处理，坩埚上（4）顶部测温点的温度设定为1000-1200摄氏度，达到设定温度后，恒温抽真空1-2小时；

第三步：当炉体真空度低于5×10^-5mbar压力时，停止抽真空处理；此时，石墨坩埚内SiC粉源（7）表面吸附的空气分子完成解吸附，并排出生长系统；

此时，由于石墨连接环（5）的材质与坩埚上（4）和坩埚下（6）材质不同，使得孔隙率和孔径均与坩埚上（4）和坩埚下（6）有差异，同时由于石墨连接环（5）多孔性，使气体在石墨连接环（5）位置溢出；

第四步：向单晶生长炉内冲入惰性气体，惰性气体的流量为1-5L/min，提升炉体压力至700-1000mbar；

第五步：升温至单晶生长温度为2000-2300摄氏度；升温期间，惰性气体流量为10-1000mL/min，气体通过真空泵排出单晶生长炉，保持炉内压力恒定；

第六步：当温度达到单晶生长温度后，逐步降低气压至0.1-20mbar，保持惰性气体流量恒定在10-1000mL/min，设定生长时间；

此时，通过坩埚外非参与反应气体即惰性气体流量的控制，降低了生长系统内部残留杂质进入碳化硅晶体（3）内部；避免反应气体对坩埚石墨材质的蚀刻，造成晶体边缘的裂纹或者多晶的宏观缺陷出现；由于坩埚内外压力差，降低坩埚内碳化硅粉料上部的蒸汽压，提高碳化硅粉料的升华速率，提高单晶的生长速率；

第七步：在400-960 mbar气体压力下降温，降温时间为5小时，降到1000摄氏度，之后随炉降至室温，生长结束。