[发明专利]一种采用PVT法制备碳化硅单晶的生长装置

说明书

本发明公开一种采用PVT法制备碳化硅单晶的生长装置，涉及碳化硅单晶的制备及晶体生长技术领域，包括密封腔、加热结构、保温结构、测温机构、旋转机构和升降机构；保温结构设于密封腔内；加热结构设于保温结构内，测温机构设于密封腔上；坩埚设于保温结构内，籽晶托设于坩埚内；旋转机构用于驱动坩埚的旋转，升降机构用于驱动坩埚的升降，或，所述旋转机构用于驱动所述籽晶托的旋转，所述升降机构用于驱动所述籽晶托的升降。加热结构能实现对坩埚的底部、四周和顶部的分别加热，并能够通过调整单个加热电阻的功率实现径向温度梯度和轴向温度梯度的调节，使坩埚周围的径向温度梯度和轴向温度梯度处于最合适的状态，能更好的促进晶体的生长。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶的制备及晶体生长技术领域，特别是涉及一种采用PVT法制备碳化硅单晶的生长装置。

背景技术

碳化硅是一种优质的宽带隙半导体材料，具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高饱和电子漂移速率等优点，可以满足高温、大功率、低损耗大直径器件的需求。碳化硅单晶无法经过熔融法形成，而基于改进型Lely法的升华生长技术——物理气相传输法是获得碳化硅单晶的常用方法。PVT法制备碳化硅单晶的生长原理是：高纯碳化硅粉源在高温下分解形成气态物质(主要为Si、SiC₂、Si₂C等)，这些气态物质在过饱和度的驱动下，升华至冷端的籽晶处进行生长。过饱和度是由籽晶与粉源之间的温度梯度引起的。

对于现有技术的生长装置，加热方式多采用单线圈中频感应加热，晶体生长过程中，感应线圈通过调整线圈的功率和线圈与坩埚的相对位置来进行温度的控制，使坩埚中碳化硅源料处和籽晶处产生适当的温度梯度，使晶体能持续生长，感应线圈加热的温度调节的灵活性非常局限，当感应线圈进行轴向移动时，一方面可以调整轴向温度，同时，径向的温度梯度也会随之改变，感应线圈在调节温度时有一定的联动性，在生长中温度的控制不够准确，这样会影响晶体的生长质量和生长速度，不利于大尺寸高质量晶体的生长，而石墨加热的方式则可以解决这一问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种采用PVT法制备碳化硅单晶的生长装置，使用石墨电阻加热，使晶体生长的温度调节更加灵活可控，更加简单精确地控制坩埚达到适宜的轴向和径向温度梯度；可有效降低晶体生长的缺陷，保证了晶体的质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种采用PVT法制备碳化硅单晶的生长装置，包括密封腔、加热结构、保温结构、测温机构、旋转机构和升降机构；所述保温结构设置于所述密封腔内；所述加热结构设置于所述保温结构内，所述测温机构设置于所述密封腔上；坩埚设置于所述保温结构内，籽晶托设置于所述坩埚内；

所述旋转机构用于驱动所述坩埚的旋转，所述升降机构用于驱动所述坩埚的升降，或，所述旋转机构用于驱动所述籽晶托的旋转，所述升降机构用于驱动所述籽晶托的升降。

可选的，所述旋转升降机构设置于所述坩埚的底部或顶部；或，所述旋转升降机构设置于所述坩埚内上部，所述籽晶托设置于所述旋转升降机构底部。

可选的，所述密封腔包括腔体、上法兰和下法兰，所述上法兰可开启的设置于所述腔体顶部，所述下法兰可开启的设置于所述腔体底部；所述腔体上设置有抽气口。

可选的，所述加热结构包括上部加热区域、下部加热区域和中部加热区域；所述上部加热区域、所述下部加热区域和所述中部加热区域独立运行或组合运行；所述上部加热区域设置于所述保温结构内上部；所述下部加热区域设置于坩埚的底部；所述中部加热区域设置于所述坩埚的四周。

可选的，所述上部加热区域、所述下部加热区域和所述中部加热区域均包括多个独立运行或组合运行的加热电阻。

可选的，所述测温机构包括上部测温设备、下部测温设备和中部测温设备，所述上部测温设备和所述下部测温设备分别设置于所述密封腔顶部和底部，所述中部测温设备位于密封腔的中部。