一種SiC單晶生長設備中坩堝獨立旋轉機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種SiC單晶生長設備中坩禍獨立旋轉機構，可用于克服SiC單晶生長過程中溫度場分布不均勻的問題，從而提高SiC單晶晶體質量，屬于電子工業和半導體材料技術領域。
【背景技術】
[0002]新興電子技術對半導體元器件提出了高密度、高速度、低功耗、大功率、寬工作溫度范圍、抗輻射和高可靠性的要求。SiC單晶襯底材料可以較好地滿足這些要求，被認為是制備微波器件、高頻大功率器件、高壓電力電子器件的優良襯底材料。碳化硅半導體材料已經成為國際上公認引領電力電子特別是大功率電力電子下一個50年的最佳電子材料，在電力輸送與轉換領域、汽車電子、風電、智能電網、雷達通信等領域有巨大的應用前景。物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport-PVT)，也稱為籽晶升華法，是目前生長大尺寸SiC單晶最成熟的方法，利用PVT法已經可以獲得直徑6英寸的SiC單晶。該方法是通過感應加熱的方式，使石墨坩禍升溫至2200°C-2400°C，促使SiC粉體原料發生升華，氣相物質在溫度梯度的作用下傳輸到溫度較低的SiC籽晶表面，并在籽晶上沉積形成單晶。碳化硅單晶生長周期通常需要5-7天的生長周期，在2200°C_2400°C的高溫環境下，保溫材料、石墨坩禍在不斷石墨化而發生質量損失，同時由于保溫材料、加熱線圈、坩禍位置等因素幾何位置的不對稱，往往會導致石墨坩禍內的溫度場分布不均勻，從而導致生長的SiC單晶晶體結構不對稱，同時內部應力分布不均，影響SiC單晶晶圓的質量。尤其是隨著碳化硅單晶生長尺寸的增加，在4-6英寸SiC單晶生長過程中，高質量單晶材料的生長對于溫場分布均勻性的要求更加嚴格。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種SiC單晶生長設備中坩禍獨立旋轉機構，解決了物理氣相傳輸法生長SiC單晶過程中由于保溫材料、石墨坩禍質量損失，保溫材料、加熱線圈、坩禍位置等因素幾何位置不對稱，導致的SiC單晶形貌、質量不均勻的技術問題。
[0004]本發明是通過以下技術方案解決以上技術問題的:
[0005]—種SiC單晶生長設備中坩禍獨立旋轉機構，包括下法蘭盤，在下法蘭盤的頂面上固定設置有外保溫支撐架，在外保溫支撐架上固定設置有坩禍的外保溫層，在外保溫層中活動設置有桶型坩禍，在桶型坩禍的頂面上設置有上保溫層，在桶型坩禍的下底面上設置有下保溫層，在下保溫層的下底面上連接有桶型坩禍支架，在下法蘭盤上設置有電機，在電機的輸出軸上連接有主動齒輪，在桶型坩禍支架上設置有環形齒條，主動齒輪與環形齒條嚙合在一起的。
[0006]在電機的輸出軸上設置有磁流體。
[0007]本發明結構簡單，成本低廉，通過使坩禍獨立于外保溫層、感應線圈旋轉，旋轉速率可調，有效地提升了溫場結構對稱性，提高碳化硅單晶對稱性和晶體質量。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0009 ]下面結合附圖對本發明進行詳細:
[0010]—種SiC單晶生長設備中坩禍獨立旋轉機構，包括下法蘭盤9，在下法蘭盤9的頂面上固定設置有外保溫支撐架6，在外保溫支撐架6上固定設置有坩禍的外保溫層7，在外保溫層7中活動設置有桶型坩禍11，在桶型坩禍11的頂面上設置有上保溫層8，在桶型坩禍11的下底面上設置有下保溫層10，在下保溫層10的下底面上連接有桶型坩禍支架5，在下法蘭盤9上設置有電機I，在電機I的輸出軸上連接有主動齒輪3，在桶型坩禍支架5上設置有環形齒條4，主動齒輪3與環形齒條4嚙合在一起的。
[0011]在電機I的輸出軸上設置有磁流體2。
[0012]主動齒輪3通過磁流體2固定在電機I的輸出軸上，伺服電機帶動主動齒輪3轉動，通過主動齒輪3可以帶動環形齒條4轉動，環形齒條4帶動桶型坩禍支架5轉動，通過電機調節旋轉齒輪轉速可以控制坩禍旋轉速率。外保溫層、上下保溫支撐材質可以是石墨、C-C復合材料等耐高溫材料，電機I可以是伺服電機或步進電機。
[0013]下法蘭盤9通過鎖閉機構固定并密封在SiC的生長腔體中，可以進行晶體生長。采用純度為99.99%的SiC粉料作為原料，采用3英寸4H-SiC晶片為籽晶，將粉料和籽晶放置于桶型坩禍11內，使料到籽晶的距離為30毫米，生長溫度控制在2000-2300°C，沖入氬氣至lOOPa，坩禍以每分鐘10轉的速率旋轉，生長50小時后得到晶體料塊。可見晶體對稱性在采用旋轉機構后有明顯提升，采用光學顯微鏡晶對晶體邊緣分析，采用坩禍旋轉工藝生長的晶體邊緣質量明顯優于不旋轉生長的單晶，將料塊進行滾圓、切割、研磨拋光后進行分析測試，采用旋轉工藝生長的晶體半峰寬比較均勻。
【主權項】
1.一種SiC單晶生長設備中坩禍獨立旋轉機構，包括下法蘭盤(9)，在下法蘭盤(9)的頂面上固定設置有外保溫支撐架(6)，在外保溫支撐架(6)上固定設置有坩禍的外保溫層(7)，在外保溫層(7)中活動設置有桶型坩禍(11)，在桶型坩禍(11)的頂面上設置有上保溫層(8)，在桶型坩禍(11)的下底面上設置有下保溫層(10)，其特征在于，在下保溫層(10)的下底面上連接有桶型坩禍支架(5)，在下法蘭盤(9)上設置有電機(1)，在電機(I)的輸出軸上連接有主動齒輪(3)，在桶型坩禍支架(5)上設置有環形齒條(4)，主動齒輪(3)與環形齒條(4)嚙合在一起的。2.根據權利要求1所述的一種SiC單晶生長設備中坩禍獨立旋轉機構，其特征在于，在電機(I)的輸出軸上設置有磁流體(2 )。
【專利摘要】本實用新型公開了一種SiC單晶生長設備中坩堝獨立旋轉機構，解決了SiC單晶形貌、質量不均勻的問題。包括下法蘭盤（9），在下法蘭盤（9）的頂面上固定設置有外保溫支撐架（6），在外保溫支撐架（6）上固定設置有坩堝的外保溫層（7），在外保溫層（7）中活動設置有桶型坩堝（11），在桶型坩堝（11）的頂面上設置有上保溫層（8），在桶型坩堝（11）的下底面上設置有下保溫層（10），在下保溫層（10）的下底面上連接有桶型坩堝支架（5），在下法蘭盤（9）上設置有電機（1），在電機（1）的輸出軸上連接有主動齒輪（3），在桶型坩堝支架（5）上設置有環形齒條（4），主動齒輪（3）與環形齒條（4）嚙合在一起的。有效地提升了溫場結構對稱性。
【IPC分類】C30B29/36, C30B23/00
【公開號】CN205313716
【申請號】CN201521060739
【發明人】毛開禮, 郎鵬, 李斌, 王英民, 周立平, 戴鑫, 侯曉蕊, 王利忠
【申請人】中國電子科技集團公司第二研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2015年12月17日