一種液相生長碳化硅籽晶軸裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種液相生長碳化硅籽晶軸裝置，屬于新材料制造領域。其包括順次可拆卸連接的運動連接部、阻熱部和石墨臺，所述石墨臺的另一端連接有籽晶，所述的阻熱部為熱導率小于石墨熱導率且不與硅蒸汽發生反應的阻熱材料，所述的籽晶可以為方形、圓形或多邊形等，所述的石墨臺的形狀與所述籽晶的形狀相同，且尺寸不小于籽晶尺寸，所述的阻熱部徑向尺寸不小于運動連接部和石墨臺的徑向尺寸，或所述的阻熱部徑向尺寸不大于運動連接部和石墨臺的徑向尺寸，所述阻熱部的兩端為內螺紋結構，與所述阻熱部連接的運動連接部和石墨臺為外螺紋結構，或所述阻熱部的兩端為外螺紋結構，與所述阻熱部連接的運動連接部和石墨臺為內螺紋結構。
【專利說明】
一種液相生長碳化硅籽晶軸裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種液相生長碳化硅籽晶軸裝置，屬于新材料制造設備技術領域。
【背景技術】
[0002]碳化硅(SiC)單晶具有寬禁帶、高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率等優點，是繼第一代半導體材料硅(Si)和第二代半導體材料(GaAs)后發展起來的第三代半導體材料。SiC單晶禁帶寬度是硅的3倍，熱導率是硅的3.3倍，擊穿場強是硅的13倍，飽和電子漂移速率是硅的2.7倍。所以與硅單晶相比，SiC單晶優異的性能更能滿足現代電子技術對高溫、高壓、高頻、高功率以及抗輻射的新要求。
[0003]SiC單晶寬禁帶性能可使器件在高溫、高輻射環境下工作，適用于激光武器、航空航天等領域的應用；高臨界擊穿場強可用于大功率的輸出；高飽和電子漂移速率適用于高頻操作，適用于制造高頻微波器件，可用于雷達、廣播通信等領域;而高熱導率的優點使大功率器件具有更大的抗高溫能力。
[0004]目前國際上已經開始研發取代升華法的生長方法，來解決生長高質量、大尺寸SiC單晶的瓶頸問題，如液相法(LPE)、高溫氣相沉積法(HTCVD)等。其中液相法是目前發展最為成熟的一種方法，由于生長過程處于穩定的液相中，是一種近平衡的狀態，具有先天生長高質量SiC單晶的優勢。
[0005]現有的液相法生長碳化硅晶體，都是通過加熱(感應或者電阻式)將硅在高純石墨坩禍中融化，形成碳在硅中的溶液，再通過頭部貼付有籽晶的石墨軸伸入到溶液中去。石墨坩禍為開放式設計，外圍包裹有保溫材料。在坩禍的頂部，有一定大小的開孔，便于籽晶軸從坩禍上方伸入到坩禍中的溶液中，開孔的大小由所生長的晶體決定。生長晶體的尺寸越大，所用的坩禍尺寸越大，開孔的直徑也越大。由于有頂部開孔的存在，坩禍特別是溶液中的熱量，會大量的散失，導致形成一個很大的軸向溫度梯度。隨著生長晶體尺寸的增加，石墨軸本身也會帶走一定的熱量，再通過頂部開孔熱量散失，整個生長腔室中會形成一個越來越大的軸向溫度梯度，導致生長晶體速度很快，伴隨著雜晶生長，造成晶體質量不可控制。因此如何控制生長過程中過大的軸向溫度梯度，是解決大尺寸晶體生長的關鍵。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種液相生長碳化硅籽晶軸裝置，通過本方案的設計，三段式的籽晶軸中間有阻熱材料，這樣熱量不會通過籽晶軸進行散失，晶體可以在溶液形成的穩定的溫度梯度下進行生長。此時的熱量散失主要通過溶液表面的氣體帶走，軸向溫度梯度可控。同時在籽晶軸的第二段變為阻熱材質，還可以一定程度上降低整個溶液中的徑向溫度梯度，使生長的晶體，應力小，從而提高晶體生長質量。
[0007]本發明通過如下技術方案來實現:一種液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:包括順次可拆卸連接的運動連接部、阻熱部和石墨臺，所述石墨臺的另一端連接有籽晶。
[0008]所述的阻熱部為熱導率小于石墨熱導率且不與硅蒸汽發生反應的阻熱材料，所述阻熱材料可以為石墨纖維(保溫材料)、不同熱導率的石墨、不銹鋼、大理石等。
[0009]所述的籽晶可以為方形、圓形或多邊形等。
[0010]所述的石墨臺的形狀與所述籽晶的形狀相同，且尺寸不小于籽晶尺寸，所述石墨臺厚度為lmm_10cm〇
[0011]所述的阻熱部徑向尺寸不小于運動連接部和石墨臺的徑向尺寸。[0012 ]所述的阻熱部徑向尺寸不大于運動連接部和石墨臺的徑向尺寸。
[0013]所述阻熱部與運動連接部和石墨臺為螺紋連接，所述阻熱部的兩端為內螺紋結構，與所述阻熱部連接的運動連接部和石墨臺為外螺紋結構，或所述阻熱部的兩端為外螺紋結構，與所述阻熱部連接的運動連接部和石墨臺為內螺紋結構。
[0014]本發明結構簡單，使用方便，可以保證晶體在溶液形成的穩定的溫度梯度下進行生長，還可以一定程度上降低整個溶液中的徑向溫度梯度，使生長的晶體，應力小，從而提高晶體生長質量。【附圖說明】
[0015]圖1為【具體實施方式】中本發明阻熱部兩端為外螺紋結構的主視圖；
[0016]圖2為【具體實施方式】中本發明阻熱部兩端為內螺紋結構的主視圖；
[0017]其中，1、運動連接部，2、阻熱部，3、石墨臺，4、籽晶。【具體實施方式】
[0018]下面通過非限定性的實施例并結合附圖對本發明作進一步的說明:
[0019]如附圖所示，一種液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:包括順次可拆卸連接的運動連接部1、阻熱部2和石墨臺3,所述石墨臺的另一端連接有籽晶4。
[0020]所述的阻熱部2為熱導率小于石墨熱導率且不與硅蒸汽發生反應的阻熱材料，所述阻熱材料可以為石墨纖維(保溫材料)、不同熱導率的石墨、不銹鋼、大理石等。
[0021]所述的籽晶4可以為方形、圓形或多邊形等。
[0022]所述的石墨臺3的形狀與所述籽晶4的形狀相同，且尺寸不小于籽晶尺寸，所述石墨臺厚度為lmm_10cm〇
[0023]所述的阻熱部2徑向尺寸不小于運動連接部1和石墨臺3的徑向尺寸。
[0024]所述的阻熱部2徑向尺寸不大于運動連接部1和石墨臺3的徑向尺寸。
[0025]所述阻熱部與運動連接部和石墨臺為螺紋連接，所述阻熱部的兩端為內螺紋結構，與所述阻熱部連接的運動連接部和石墨臺為外螺紋結構，或所述阻熱部的兩端為外螺紋結構，與所述阻熱部連接的運動連接部和石墨臺為內螺紋結構。
[0026]單晶爐的加熱方式可以為電阻式加熱，也可以為感應式加熱。在真空爐中放入頂部開口的高純石墨坩堝，石墨坩堝中放入高純的多晶硅塊體或粉體原料，純度為6N-11N。石墨坩堝周圍包圍著保溫材料。合成碳化硅單晶所需要的硅由高純的多晶硅塊體或者粉體來提供，所需要的碳由石墨坩堝來提供。生長腔室內通有惰性氣體保護，如氦氣或者氬氣。
[0027]將籽晶軸的三段連結在一起，然后將籽晶與籽晶軸連結在一起。最后將組合好的籽晶軸和籽晶安裝在長晶爐的提拉裝置上。
[0028]通過加熱器對石墨坩堝進行加熱，融化坩堝中的高純硅料。原料融化后，將籽晶軸降至溶液中，在合適的位置進行生長。生長結束后，將籽晶軸提出溶液，緩慢降溫冷卻，直至開爐。
[0029]通過這種方式，可以精確控制溶液中的溫度梯度，可以保證在大的溫度梯度下，不再增加額外的軸向溫度梯度，保證晶體生長速度的同時，又保證晶體的質量。
【主權項】
1.一種液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:包括順次可拆卸連接的運動連接部 (1)、阻熱部(2)和石墨臺(3)，所述石墨臺的另一端連接有籽晶(4)。2.根據權利要求1所述的液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述的阻熱部(2) 為熱導率小于石墨熱導率且不與硅蒸汽發生反應的阻熱材料，所述阻熱材料可以為石墨纖 維(保溫材料)、不同熱導率的石墨、不銹鋼、大理石等。3.根據權利要求1所述的液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述的籽晶(4)可 以為方形、圓形或多邊形等。4.根據權利要求1或3所述的液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述的石墨臺 (3)的形狀與所述籽晶(4)的形狀相同，且尺寸不小于籽晶尺寸，所述石墨臺厚度為1mm-10cm〇5.根據權利要求1所述的液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述的阻熱部(2) 徑向尺寸不小于運動連接部(1)和石墨臺(3)的徑向尺寸。6.根據權利要求1所述的液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述的阻熱部(2) 徑向尺寸不大于運動連接部(1)和石墨臺(3)的徑向尺寸。7.根據權利要求1所述的液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述阻熱部(2)的 兩端為內螺紋結構，與所述阻熱部(2)連接的運動連接部(1)和石墨臺(3)為外螺紋結構。8.根據權利要求1所述的液相生長碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述阻熱部(2)的 兩端為外螺紋結構，與所述阻熱部(2)連接的運動連接部(1)和石墨臺(3)為內螺紋結構。
【文檔編號】C30B29/36GK105970294SQ201610462617
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】朱燦, 王曉, 宋建, 張亮
【申請人】山東天岳晶體材料有限公司