[发明专利]一种用于制备碳化硅晶体的石墨热场单晶生长装置

说明书

本发明公开一种用于制备碳化硅晶体的石墨热场单晶生长装置，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、调温结构、坩埚和测温机构；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；调温结构设于保温结构内，坩埚和籽晶托设于保温结构内；加热结构对坩埚底部和顶部加热，对坩埚的轴向和径向进行温度控制，测温机构分别测量坩埚顶部和底部的温度，保温结构对整个腔体的热场进行保温，还能减少坩埚的热量散失，实现对坩埚各部分的温度精确控制，调温结构能降低坩埚的径向温度梯度；从而减小碳化硅单晶生长过程中晶体的径向温度梯度和应力梯度，可降低晶体生长的缺陷，保证了晶体的质量。

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，特别是涉及一种用于制备碳化硅晶体的石墨热场单晶生长装置。

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。

现有技术中多采用中频感应加热方式，晶体生长过程中，通过调整热场与线圈的相对位置来达到调节晶体内的温度梯度，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。另外，中频感应加热径向温度梯度不易调整，梯度过大，会导致热应力过大，容易产生微管、堆垛层错晶界、等缺陷。

目前，也有采用电阻加热的方式对石墨坩埚进行加热。现有技术是加热电阻一般位于坩埚底部及四周，使得坩埚在轴向方向有较为良好的温度梯度，该加热方式会使得籽晶径向方向也存在较大的温度梯度。但是碳化硅单晶长晶过程中需要控制籽晶处的径向温度均匀性，才能生长得到较好质量的碳化硅单晶。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种用于制备碳化硅晶体的石墨热场单晶生长装置，保证更加精确地控制坩埚达到适宜的轴向温度梯度，并且有效降低坩埚顶部径向温度梯度，从而减小碳化硅单晶生长过程中晶体的径向温度梯度和应力梯度，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：

本发明提供一种用于制备碳化硅晶体的石墨热场单晶生长装置，包括密封腔、加热结构、保温结构、调温结构、坩埚和测温机构；所述保温结构设置于所述密封腔内；所述调温结构位于保温结构内，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；所述保温结构内用于设置坩埚，所述坩埚内设置有籽晶托。

可选的，所述加热结构包括上副加热电阻和下主加热电阻；所述上副加热电阻和所述下主加热电阻独立运行；所述上副加热电阻设置于所述保温结构内上部；所述下主加热电阻设置于坩埚的四周。

可选的，所述上副加热电阻和所述下主加热电阻分别设置有一组电极，分别为上电极和下电极，上电极为两相加热，下电极为三相加热，所述上电极和所述下电极与所述密封腔之间由法兰和O型圈或金属垫片进行密封。

可选的，所述保温结构包括保温结构上盖、保温结构筒体和保温结构下盖。

可选的，调温结构包括第一上部调温环、第二上部调温环和下部调温环；第一上部调温环和第二上部调温环位于坩埚上部，下部调温环位于坩埚底部。