本發(fā)明屬于晶體制備領(lǐng)域；具體涉及海星式晶體制備方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、氣相法是塊晶體制備的主要方法之一，例如物理氣相輸送法(pvt法)是制備碳化硅、氮化鋁等難以以液相法制備的高熔點(diǎn)半導(dǎo)體晶體材料的主流方法。盡管這些材料在新能源汽車等新興戰(zhàn)略領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，但由于其制備工藝目前具有材料制備速率較慢，制備成本較高，極大影響了該類型材料的下游規(guī)模應(yīng)用，有必要設(shè)法提高晶體材料制備速率，降低制備成本。主要是：

2、常規(guī)技術(shù)晶體是單顆制備，且生長驅(qū)動力沿著豎直方向分布，使得籽晶面臨懸掛和固定的難題，粘接和壓接雖各有優(yōu)勢，但是籽晶自身比較薄、硬且脆，在固定方面存在風(fēng)險和需要關(guān)注的細(xì)節(jié)。包括粘接存在應(yīng)力、壓接固定時結(jié)構(gòu)的如何適配等。

3、晶在水平放置時，由于籽晶和原料一上一下，氣相組分行程受腔室限制，存在碳微粉受熱泳力漂浮到籽晶表面、硅液滴在晶體表面形成、腔室內(nèi)氣相組分流動紊亂等問題。

4、常規(guī)豎直放置的方式存在空間限制，使得一般只能1-2顆晶體同時生長，制備效率低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了海星式晶體制備方法及裝置。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明中有2個生長腔的晶體制備用海星式裝置，所述裝置包括熱場、加熱器和2個圓盤模塊，熱場包括籽晶腔、生長腔和原料腔，原料腔內(nèi)裝有原料，原料腔兩端連接有2個生長腔，每個生長腔通過籽晶腔封口，籽晶腔截面呈π字形，籽晶腔內(nèi)設(shè)置凹槽，籽晶鑲嵌凹槽的底部u形槽內(nèi)，原料腔外側(cè)設(shè)置加熱器且原料腔和加熱器同軸，加熱器端口通過圓盤模塊封口，每個圓盤模塊中心設(shè)置通孔，原料腔呈圓筒形且水平放置。

4、基于上述結(jié)構(gòu)，亦可通過增多海星的分支數(shù)來實現(xiàn)不同特性裝置下晶體制備，還包括三分支、四分支等，其核心構(gòu)思相同。根據(jù)需求，在分支區(qū)域，可以通過設(shè)定分加熱模塊(分加熱器)來輔助實現(xiàn)不同特性熱場，其方法基本一致。僅在結(jié)構(gòu)上原料腔形狀為筒狀或者3分支筒狀或者4分支筒狀等，以及加熱模塊從筒狀改為上下兩個平面狀結(jié)構(gòu)或包圍原料腔的結(jié)構(gòu)。

5、本發(fā)明中有3或4個生長腔的的晶體制備用海星式裝置，所述裝置包括熱場、加熱模塊和3或4個圓盤模塊，熱場包括籽晶腔、生長腔和原料腔，原料腔內(nèi)裝有原料，原料腔為空心的圓柱形結(jié)構(gòu)，原料腔側(cè)壁上連接有3或4個生長腔，生長腔均勻設(shè)置，每個生長腔通過籽晶腔封口，籽晶腔截面呈π字形，籽晶腔內(nèi)設(shè)置凹槽，籽晶鑲嵌凹槽的底部u形槽內(nèi)，原料腔外側(cè)設(shè)置加熱器且原料腔和加熱器同軸，每個生長腔外側(cè)設(shè)置有分加熱器且生長腔和分加熱器同軸，加熱器和分加熱器連接，分加熱器端口通過圓盤模塊封口，每個圓盤模塊中心設(shè)置通孔，生長腔呈圓筒形且水平放置。

6、晶體的制備方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1或2所述裝置制備晶體，具體是按下述步驟制備的：

7、步驟1、將原料裝入原料腔；

8、步驟2、將生長腔與原料腔連接并通過生長腔將原料固定原料腔內(nèi)；

9、步驟3、將籽晶裝入鑲嵌籽晶腔凹槽的底部u形槽內(nèi)，然后將籽晶腔與生長腔連接固定；

10、步驟4、然后裝入加熱器內(nèi)，然后用圓盤模塊封口；

11、步驟5、然后將裝置氣氛保護(hù)、控制溫度壓力開始晶體生長。

12、進(jìn)一步地限定，籽晶為pvt碳化硅晶體。

13、進(jìn)一步地限定，籽晶的微觀結(jié)構(gòu)為眾多層狀沿著同一角度堆積，各層平面與籽晶軸線夾角為86°。

14、進(jìn)一步地限定，步驟5中氣氛為氬氣和氮?dú)?，氮?dú)獾捏w積百分比為0-50％。

15、進(jìn)一步地限定，步驟5中溫度為2050℃-2350℃。

16、進(jìn)一步地限定，步驟5中壓力為50mbar-500mbar。

17、進(jìn)一步地限定，原料為顆粒狀，片狀或者塊狀。

18、現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、本發(fā)明中晶體水平生長，無需特殊固定，無應(yīng)力，加強(qiáng)氣流循環(huán)，使晶體嚴(yán)格沿臺階流模式生長，減少了晶體缺陷產(chǎn)生；

20、本發(fā)明的裝置呈海星式，設(shè)計緊湊保溫?fù)p耗小，可大幅減少能耗、降低成本，同時實現(xiàn)多顆晶體制備，倍增晶體制備效率；

21、本發(fā)明的熱場組裝方便，快速拆卸，縮短生長周期。

22、為了能夠更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明詳細(xì)說明與附圖，然而所附的附圖僅提供參考和說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

技術(shù)特征：

1.海星式晶體制備裝置，其特征在于，所述裝置包括熱場、加熱器和2個圓盤模塊，熱場包括籽晶腔、生長腔和原料腔，原料腔內(nèi)裝有原料，原料腔兩端連接有2個生長腔，每個生長腔通過籽晶腔封口，籽晶腔截面呈π字形，籽晶腔內(nèi)設(shè)置凹槽，籽晶鑲嵌凹槽的底部u形槽內(nèi)，原料腔外側(cè)設(shè)置加熱器且原料腔和加熱器同軸，加熱器端口通過圓盤模塊封口，每個圓盤模塊中心設(shè)置通孔，原料腔呈圓筒形且水平放置。

2.海星式晶體制備裝置，其特征在于，所述裝置包括熱場、加熱模塊和3或4個圓盤模塊，熱場包括籽晶腔、生長腔和原料腔，原料腔內(nèi)裝有原料，原料腔為空心的圓柱形結(jié)構(gòu)，原料腔側(cè)壁上連接有3或4個生長腔，生長腔均勻設(shè)置，每個生長腔通過籽晶腔封口，籽晶腔截面呈π字形，籽晶腔內(nèi)設(shè)置凹槽，籽晶鑲嵌凹槽的底部u形槽內(nèi)，原料腔外側(cè)設(shè)置加熱器且原料腔和加熱器同軸，每個生長腔外側(cè)設(shè)置有分加熱器且生長腔和分加熱器同軸，加熱器和分加熱器連接，分加熱器端口通過圓盤模塊封口，每個圓盤模塊中心設(shè)置通孔，生長腔呈圓筒形且水平放置。

3.海星式晶體制備方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1或2所述裝置制備晶體，具體是按下述步驟制備的：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述海星式晶體制備方法，其特征在于，籽晶為pvt碳化硅晶體。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述海星式晶體制備方法，其特征在于，籽晶的微觀結(jié)構(gòu)為眾多層狀沿著同一角度堆積，各層平面與籽晶軸線夾角為86°。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述海星式晶體制備方法，其特征在于，步驟5中氣氛為氬氣和氮?dú)?，氮?dú)獾捏w積百分比為0-50％。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述海星式晶體制備方法，其特征在于，步驟5中溫度為2050℃-2350℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述海星式晶體制備方法，其特征在于，步驟5中壓力為50mbar-500mbar。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了海星式晶體制備方法及裝置，屬于晶體制備領(lǐng)域。常規(guī)豎直放置的方式存在空間限制存在制備效率低的技術(shù)問題。原料腔形狀為筒狀或者3分支筒狀或者4分支筒狀的生長腔，原料腔內(nèi)裝有原料，每個生長腔通過籽晶腔封口，籽晶腔截面呈π字形，籽晶腔內(nèi)設(shè)置凹槽，籽晶鑲嵌凹槽的底部U形槽內(nèi)。本發(fā)明的裝置呈海星式，設(shè)計緊湊保溫?fù)p耗小，可大幅減少能耗、降低成本，同時實現(xiàn)多顆晶體制備，倍增晶體制備效率。

技術(shù)研發(fā)人員：張勝濤,李鐵,趙麗麗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱科友半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)裝備與技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/8/20