一種快速生長無包裹物碳化硅單晶的生長室的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于晶體生長領域，涉及一種快速生長無包裹物碳化硅單晶的生長室。
【背景技術】
[0002]碳化硅單晶材料是第三代寬帶隙半導體材料的代表，具有寬禁帶、高熱導率、高電子飽和迀移速率、高擊穿電場等性質，與以硅為代表的第一代半導體材料和以GaAs為代表的第二代半導體材料相比，有著明顯的優越性，被認為是制造光電子器件、高頻大功率器件和高溫電子器件等理想的半導體材料。在白光照明、光存儲、屏幕顯示、航天航空、高溫輻射環境、石油勘探、自動化、雷達與通信、汽車電子化以及電力電子等方面有廣泛應用。
[0003]碳化硅單晶材料的生長比較困難，目前普遍采用物理氣相沉積法(也叫PVT或改進的Lely法)，該方法中一般的原材料為碳化硅粉末，將碳化硅粉末加熱到一定溫度就會顯著升華，而分解的碳化硅氣體會沿著溫度梯度輸運并在碳化硅籽晶處凝聚。但是，碳化硅粉末升華需要很高的溫度(> 2000°C )，很容易導致碳化硅粉末的碳化，而碳化硅粉末碳化后產生的微小C顆粒同樣會沿著溫度梯度輸運并最終在碳化硅單晶中形成包裹物，影響最終碳化娃單晶質量。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本實用新型提出了一種快速生長無包裹物碳化硅單晶的生長室，采用本實用新型，可以較好的阻擋C顆粒的輸送，同時保證碳化硅升華產生氣體的通過，較快的到達籽晶位置結晶，這樣既去除了碳化硅單晶中的包裹物，又保證了碳化硅單晶的正常、較快的生長。
[0005]本實用新型主要采用以下技術方案:一種快速生長無包裹物碳化硅單晶的生長室，生長室內壁頂部設有籽晶托，生長室內部套有與生長室同軸且頂端低于生長室頂端的內筒，所述的內筒由石墨濾網圍繞而成；內筒頂端外沿與生長室內壁之間設有石墨濾網；所述的石墨濾網兩側表面均涂有耐高溫金屬化合物涂層；
[0006]所述的耐高溫金屬化合物涂層選自稀有金屬的碳化物或稀有金屬的氮化物或其混合物；
[0007]所述的稀有金屬選自鉭或鉿或鈮或鈦或鋯或鎢或釩。
[0008]使用時，首先將籽晶固定于籽晶托上，并將生長室與內筒之間充滿碳化硅粉料并壓實，固定好內筒頂端外沿與生長室內壁之間的石墨濾網。
[0009]使用感應線圈對生長室進行加熱，當溫度達到碳化硅粉料升華溫度時，碳化硅粉料開始升華，產生碳化硅升華氣體；同時，碳化硅粉料開始碳化，產生碳顆粒，碳化硅升華氣體與碳顆粒均沿著溫度梯度向上移動。上升過程中，由于石墨濾網的阻礙，固態的碳顆粒無法通過石墨濾網到達生長室的頂部，而氣態的碳化硅升華氣體可以一小部分通過內筒頂端外沿與生長室內壁之間的石墨濾網到達生長室的頂部，進而在籽晶上進行凝結，進行碳化硅單晶的生長。大部分的氣態的碳化硅升華氣體受溫度梯度的影響，首先通過由石墨濾網圍繞而成的內筒，然后經內筒通道到達生長室的頂部，進而在籽晶上進行凝結，進行碳化硅單晶的生長。在碳化硅升華氣體由內筒通道到達生長室的頂部過程中，由于沒有任何阻礙，上升速度加快，從而加快了碳化硅單晶的生長。
[0010]所述的石墨濾網兩側表面均涂有耐高溫金屬化合物涂層；所述的耐高溫金屬化合物涂層選自稀有金屬的碳化物或稀有金屬的氮化物或其混合物；所述的稀有金屬選自鉭或鉿或鈮或鈦或鋯或鎢或釩。之所以選用上述材料作為石墨濾網的涂層，是因為上述耐高溫金屬化合物，是因為其熔點高于碳化硅的升華溫度，并且在碳化硅升華溫度下相對于硅和氫具有化學惰性，同時形成了一層保護膜，避免石墨濾網中的碳對單晶生長造成影響。另夕卜，其熱膨脹系數與石墨非常類似，從而避免在升華溫度下石墨和耐高溫金屬化合物涂層之間出現裂縫。
[0011]所述的石墨濾網的孔徑小于10微米，進一步確保了碳化硅升華氣體與碳顆粒的充分分1?。
[0012]綜上所述，本實用新型結構簡單，使用方便，采用本實用新型，可以較好的阻擋C顆粒的輸送，同時保證碳化硅升華產生氣體的快速通過，這樣既去除了碳化硅單晶中的包裹物，又保證了碳化硅單晶的正常、快速生長，可以廣泛推廣和應用。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型結構示意圖；
[0014]圖中:1、籽晶托，2、石墨濾網，3、耐高溫金屬化合物涂層，4、碳化硅粉料，5、籽晶。
【具體實施方式】
[0015]一種快速生長無包裹物碳化硅單晶的生長室，生長室內壁頂部設有籽晶托1，生長室內部套有與生長室同軸且頂端低于生長室頂端的內筒，所述的內筒由石墨濾網2圍繞而成；內筒頂端外沿與生長室內壁之間設有石墨濾網2 ;所述的石墨濾網2兩側表面均涂有耐高溫金屬化合物涂層3 ；
[0016]所述的耐高溫金屬化合物涂層3選自稀有金屬的碳化物或稀有金屬的氮化物或其混合物；
[0017]所述的稀有金屬選自鉭或鉿或鈮或鈦或鋯或鎢或釩。
[0018]使用時，首先將籽晶5固定于籽晶托I上，將生長室與內筒之間充滿碳化硅粉料4并壓實，固定好內筒頂端外沿與生長室內壁之間的石墨濾網2。
[0019]使用感應線圈對生長室進行加熱，當溫度達到碳化硅粉料4升華溫度時，碳化硅粉料4開始升華，產生碳化硅升華氣體；同時，碳化硅粉料4開始碳化，產生碳顆粒，碳化硅升華氣體與碳顆粒均沿著溫度梯度向上移動。上升過程中，由于石墨濾網2的阻礙，固態的碳顆粒無法通過石墨濾網2到達生長室的頂部，而氣態的碳化硅升華氣體可以一小部分通過內筒頂端外沿與生長室內壁之間的石墨濾網2到達生長室的頂部，進而在籽晶5上進行凝結，進行碳化硅單晶的生長。大部分的氣態的碳化硅升華氣體受溫度梯度的影響，首先通過由石墨濾網2圍繞而成的內筒，然后經內筒通道到達生長室的頂部，進而在籽晶5上進行凝結，進行碳化硅單晶的生長。在碳化硅升華氣體由內筒通道到達生長室的頂部過程中，由于沒有任何阻礙，上升速度加快，從而加快了碳化硅單晶的生長。
[0020]所述的石墨濾網2兩側表面均涂有耐高溫金屬化合物涂層3 ;所述的耐高溫金屬化合物涂層3選自稀有金屬的碳化物或稀有金屬的氮化物或其混合物；所述的稀有金屬選自鉭或鉿或鈮或鈦或鋯或鎢或釩。之所以選用上述材料作為石墨濾網2的涂層，是因為上述耐高溫金屬化合物，是因為其熔點高于碳化硅的升華溫度，并且在碳化硅升華溫度下相對于硅和氫具有化學惰性，同時形成了一層保護膜，避免石墨濾網2中的碳對單晶生長造成影響。另外，其熱膨脹系數與石墨非常類似，從而避免在升華溫度下石墨和耐高溫金屬化合物涂層之間出現裂縫。
[0021]所述的石墨濾網2的孔徑小于10微米，進一步確保了碳化硅升華氣體與碳顆粒的充分分尚。
【主權項】
1.一種快速生長無包裹物碳化硅單晶的生長室，生長室內壁頂部設有籽晶托(1)，其特征在于:生長室內部套有與生長室同軸且頂端低于生長室頂端的內筒，所述的內筒由石墨濾網(2)圍繞而成；內筒頂端外沿與生長室內壁之間設有石墨濾網(2);所述的石墨濾網(2)兩側表面均涂有耐高溫金屬化合物涂層(3); 所述的耐高溫金屬化合物涂層(3)選自稀有金屬的碳化物或稀有金屬的氮化物或其混合物； 所述的稀有金屬選自鉭或鉿或鈮或鈦或鋯或鎢或釩。
2.根據權利要求1所述的快速生長無包裹物碳化硅單晶的生長室，其特征在于:所述的石墨濾網(2)的孔徑小于10微米。
【專利摘要】本實用新型屬于晶體生長領域，涉及一種快速生長無包裹物碳化硅單晶的生長室，生長室內壁頂部設有籽晶托，生長室內部套有與生長室同軸且頂端低于生長室頂端的內筒，所述的內筒由石墨濾網圍繞而成；內筒頂端外沿與生長室內壁之間設有石墨濾網；所述的石墨濾網兩側表面均涂有耐高溫金屬化合物涂層；所述的耐高溫金屬化合物涂層選自稀有金屬的碳化物或稀有金屬的氮化物或其混合物；所述的稀有金屬選自鉭或鉿或鈮或鈦或鋯或鎢或釩。本實用新型結構簡單，使用方便，采用本實用新型，可以較好的阻擋C顆粒的輸送，同時保證碳化硅升華產生氣體的快速通過，這樣既去除了碳化硅單晶中的包裹物，又保證了碳化硅單晶的正常、快速生長，可以廣泛推廣和應用。
【IPC分類】C30B23-00, C30B29-36
【公開號】CN204570085
【申請號】CN201520285511
【發明人】宗艷民, 高玉強, 宋建, 張志海, 劉家朋, 張紅巖, 李加林
【申請人】山東天岳先進材料科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月5日