[发明专利]一种碳化硅晶体生长的坩埚内可视化装置及方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅晶体生长的坩埚内可视化装置及方法，该装置包括炉体、坩埚组件、加热器及保温屏；炉体的两侧分别设有相对的CT机与CT成像接收器；所述坩埚组件位于CT机与CT成像接收器之间。通过CT成像，可在长晶过程中观察石墨坩埚内部，让长晶界面易于观察，应用于生产过程中，可便于发现生产过程中的晶体缺陷。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶炉技术领域。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体材料，因其相对于第一代的硅、第二代的砷化镓材料具备高禁带宽度、高热导率、高击穿场强、高电子饱和漂移速率等优势，从而能够开发出更适应高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的小型化功率半导体器件，可有效突破传统硅基功率半导体器件及其材料的物理极限。目前已应用于智能电网、轨道交通、电动汽车、通讯电源等多个领域。

PVT法生长碳化硅单晶的过程中，原料放在密闭的石墨坩埚内进行，坩埚外侧为石墨加热电极与保温屏，长晶过程中坩埚温度达2000℃以上，碳化硅晶体沿着贴在石墨坩埚盖内侧的籽晶缓慢生长，但是这种方法有个缺陷，就是晶体生长过程被坩埚、加热器与保温屏彻底包裹住，长晶过程中无法即时观察到坩埚内部晶体生长过程，而一炉碳化硅长晶时间普遍在一周以上，若初期籽晶脱落、碎裂也只能等开炉时发现，并且因长晶过程中无法直接观测到坩埚内晶体生长过程，对于验证新生产工艺参数对晶锭生长过程的具体影响无法获取直接的可靠数据，严重阻碍碳化硅长晶工艺的改进工作。

现有技术采用的一种对晶锭生长过程分析的技术方案，使用光学高温计在石墨坩埚的顶部和底部进行温度测量，用于监控基本的生长过程。为了获得更精确的坩埚内温度分布，特别是碳化硅生长界面处的温度梯度，应用了温度场的数值模拟。使用数值模拟技术和实验，通过对生长完的碳化硅晶锭分析，反推晶体生长过程，进而改进生产工艺。

但该现有技术在具体使用时发现如下缺点：

现有技术方案无法即时观测坩埚内晶体生长过程，若长晶初期中晶锭出现破损、脱落情况，也只能等开炉时才能发现，而一炉生长周期约7-10天，若晶体生长初期就出现严重缺陷，这不仅浪费生产成本，还会影响生产周期；

另外，现有技术方案晶体生产工艺调整只能依据实验和数值模拟技术，然而，该计算数据的可靠性取决于对所用石墨的导热率的了解程度。通过实验生长完的晶体成品，分析反推晶体生长过程环境，再依据反推结果针对性的调整工艺生长参数，使用这些实验和数值模拟技术，在晶体生长后的研究中将晶体缺陷分配给某些生长过程环境，其可靠性是相当有限的。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种碳化硅晶体生长的坩埚内可视化装置，能够即时观测碳化硅晶锭生长过程中的外形。

本发明还提供了使用上述装置的方法，用以将碳化硅晶锭生长过程中的1:1外形图像通过计算机输出。

技术方案：为解决上述问题，本发明可采用以下技术方案：

一种碳化硅晶体生长的坩埚内可视化装置，包括炉体、位于炉体内的坩埚组件、加热器及保温屏；所述炉体的两侧分别设有相对的CT机与CT成像接收器；所述坩埚组件位于CT机与CT成像接收器之间。

进一步的，所述CT机、CT成像接收器距离坩埚组件中心距离均为定值。

进一步的，还包括坩埚旋转升降组件，所述坩埚旋转升降组件支撑坩埚组件，并带动坩埚组件旋转及升降。

进一步的，还包括支撑坩埚组件的坩埚升降旋转组件；所述保温屏、加热器、坩埚组件、坩埚升降旋转组件均为石墨材料，所述保温屏顶部为低温区，保温屏底部为高温区。

进一步的，CT机发出的射线完整覆盖整个坩埚组件，CT成像接收器接收完整的坩埚组件投射影像。

本发明还提供一种使用上述碳化硅晶体生长的坩埚内可视化装置的方法，包括以下步骤：