一種液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，屬于新材料制造領(lǐng)域。其包括順次可拆卸連接的運(yùn)動(dòng)連接部、阻熱部和石墨臺(tái)，所述石墨臺(tái)的另一端連接有籽晶，所述的阻熱部為熱導(dǎo)率小于石墨熱導(dǎo)率且不與硅蒸汽發(fā)生反應(yīng)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(tái)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(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)的徑向尺寸，或所述的阻熱部徑向尺寸不大于運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)的徑向尺寸，所述阻熱部的兩端為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，與所述阻熱部連接的運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)為外螺紋結(jié)構(gòu)，或所述阻熱部的兩端為外螺紋結(jié)構(gòu)，與所述阻熱部連接的運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】
一種液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，屬于新材料制造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅(SiC)單晶具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高飽和電子漂移速率等優(yōu)點(diǎn)，是繼第一代半導(dǎo)體材料硅(Si)和第二代半導(dǎo)體材料(GaAs)后發(fā)展起來(lái)的第三代半導(dǎo)體材料。SiC單晶禁帶寬度是硅的3倍，熱導(dǎo)率是硅的3.3倍，擊穿場(chǎng)強(qiáng)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(yōu)異的性能更能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對(duì)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(huán)境下工作，適用于激光武器、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用；高臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)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(dá)、廣播通信等領(lǐng)域;而高熱導(dǎo)率的優(yōu)點(diǎn)使大功率器件具有更大的抗高溫能力。
[0004]目前國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)取代升華法的生長(zhǎng)方法，來(lái)解決生長(zhǎng)高質(zhì)量、大尺寸SiC單晶的瓶頸問(wèn)題，如液相法(LPE)、高溫氣相沉積法(HTCVD)等。其中液相法是目前發(fā)展最為成熟的一種方法，由于生長(zhǎng)過(guò)程處于穩(wěn)定的液相中，是一種近平衡的狀態(tài)，具有先天生長(zhǎng)高質(zhì)量SiC單晶的優(yōu)勢(shì)。
[0005]現(xiàn)有的液相法生長(zhǎng)碳化硅晶體，都是通過(guò)加熱(感應(yīng)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(guò)頭部貼付有籽晶的石墨軸伸入到溶液中去。石墨坩禍為開(kāi)放式設(shè)計(jì)，外圍包裹有保溫材料。在坩禍的頂部，有一定大小的開(kāi)孔，便于籽晶軸從坩禍上方伸入到坩禍中的溶液中，開(kāi)孔的大小由所生長(zhǎng)的晶體決定。生長(zhǎng)晶體的尺寸越大，所用的坩禍尺寸越大，開(kāi)孔的直徑也越大。由于有頂部開(kāi)孔的存在，坩禍特別是溶液中的熱量，會(huì)大量的散失，導(dǎo)致形成一個(gè)很大的軸向溫度梯度。隨著生長(zhǎng)晶體尺寸的增加，石墨軸本身也會(huì)帶走一定的熱量，再通過(guò)頂部開(kāi)孔熱量散失，整個(gè)生長(zhǎng)腔室中會(huì)形成一個(gè)越來(lái)越大的軸向溫度梯度，導(dǎo)致生長(zhǎng)晶體速度很快，伴隨著雜晶生長(zhǎng)，造成晶體質(zhì)量不可控制。因此如何控制生長(zhǎng)過(guò)程中過(guò)大的軸向溫度梯度，是解決大尺寸晶體生長(zhǎng)的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，通過(guò)本方案的設(shè)計(jì)，三段式的籽晶軸中間有阻熱材料，這樣熱量不會(huì)通過(guò)籽晶軸進(jìn)行散失，晶體可以在溶液形成的穩(wěn)定的溫度梯度下進(jìn)行生長(zhǎng)。此時(shí)的熱量散失主要通過(guò)溶液表面的氣體帶走，軸向溫度梯度可控。同時(shí)在籽晶軸的第二段變?yōu)樽锜岵馁|(zhì)，還可以一定程度上降低整個(gè)溶液中的徑向溫度梯度，使生長(zhǎng)的晶體，應(yīng)力小，從而提高晶體生長(zhǎng)質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:包括順次可拆卸連接的運(yùn)動(dòng)連接部、阻熱部和石墨臺(tái)，所述石墨臺(tái)的另一端連接有籽晶。
[0008]所述的阻熱部為熱導(dǎo)率小于石墨熱導(dǎo)率且不與硅蒸汽發(fā)生反應(yīng)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(dǎo)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(tái)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(tái)厚度為lmm_10cm〇
[0011]所述的阻熱部徑向尺寸不小于運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)的徑向尺寸。[0012 ]所述的阻熱部徑向尺寸不大于運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)的徑向尺寸。
[0013]所述阻熱部與運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)為螺紋連接，所述阻熱部的兩端為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，與所述阻熱部連接的運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)為外螺紋結(jié)構(gòu)，或所述阻熱部的兩端為外螺紋結(jié)構(gòu)，與所述阻熱部連接的運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可以保證晶體在溶液形成的穩(wěn)定的溫度梯度下進(jìn)行生長(zhǎng)，還可以一定程度上降低整個(gè)溶液中的徑向溫度梯度，使生長(zhǎng)的晶體，應(yīng)力小，從而提高晶體生長(zhǎng)質(zhì)量。【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為【具體實(shí)施方式】中本發(fā)明阻熱部?jī)啥藶橥饴菁y結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0016]圖2為【具體實(shí)施方式】中本發(fā)明阻熱部?jī)啥藶閮?nèi)螺紋結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0017]其中，1、運(yùn)動(dòng)連接部，2、阻熱部，3、石墨臺(tái)，4、籽晶。【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)非限定性的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0019]如附圖所示，一種液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:包括順次可拆卸連接的運(yùn)動(dòng)連接部1、阻熱部2和石墨臺(tái)3,所述石墨臺(tái)的另一端連接有籽晶4。
[0020]所述的阻熱部2為熱導(dǎo)率小于石墨熱導(dǎo)率且不與硅蒸汽發(fā)生反應(yīng)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(dǎo)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(tái)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(tái)厚度為lmm_10cm〇
[0023]所述的阻熱部2徑向尺寸不小于運(yùn)動(dòng)連接部1和石墨臺(tái)3的徑向尺寸。
[0024]所述的阻熱部2徑向尺寸不大于運(yùn)動(dòng)連接部1和石墨臺(tái)3的徑向尺寸。
[0025]所述阻熱部與運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)為螺紋連接，所述阻熱部的兩端為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，與所述阻熱部連接的運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)為外螺紋結(jié)構(gòu)，或所述阻熱部的兩端為外螺紋結(jié)構(gòu)，與所述阻熱部連接的運(yùn)動(dòng)連接部和石墨臺(tái)為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
[0026]單晶爐的加熱方式可以為電阻式加熱，也可以為感應(yīng)式加熱。在真空爐中放入頂部開(kāi)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(lái)提供，所需要的碳由石墨坩堝來(lái)提供。生長(zhǎng)腔室內(nèi)通有惰性氣體保護(hù)，如氦氣或者氬氣。
[0027]將籽晶軸的三段連結(jié)在一起，然后將籽晶與籽晶軸連結(jié)在一起。最后將組合好的籽晶軸和籽晶安裝在長(zhǎng)晶爐的提拉裝置上。
[0028]通過(guò)加熱器對(duì)石墨坩堝進(jìn)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(jìn)行生長(zhǎng)。生長(zhǎng)結(jié)束后，將籽晶軸提出溶液，緩慢降溫冷卻，直至開(kāi)爐。
[0029]通過(guò)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(zhǎng)速度的同時(shí)，又保證晶體的質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:包括順次可拆卸連接的運(yùn)動(dòng)連接部 (1)、阻熱部(2)和石墨臺(tái)(3)，所述石墨臺(tái)的另一端連接有籽晶(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述的阻熱部(2) 為熱導(dǎo)率小于石墨熱導(dǎo)率且不與硅蒸汽發(fā)生反應(yīng)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(dǎo)率的石墨、不銹鋼、大理石等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相生長(zhǎng)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(jù)權(quán)利要求1或3所述的液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述的石墨臺(tái) (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(tái)厚度為1mm-10cm〇5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相生長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)連接部(1)和石墨臺(tái)(3)的徑向尺寸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相生長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)連接部(1)和石墨臺(tái)(3)的徑向尺寸。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相生長(zhǎng)碳化硅籽晶軸裝置，其特征在于:所述阻熱部(2)的 兩端為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，與所述阻熱部(2)連接的運(yùn)動(dòng)連接部(1)和石墨臺(tái)(3)為外螺紋結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相生長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，與所述阻熱部(2)連接的運(yùn)動(dòng)連接部(1)和石墨臺(tái)(3)為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C30B29/36GK105970294SQ201610462617
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】朱燦, 王曉, 宋建, 張亮
【申請(qǐng)人】山東天岳晶體材料有限公司