提高晶體生長(zhǎng)速度的坩堝及晶體生長(zhǎng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于碳化硅晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高晶體生長(zhǎng)速度的坩禍及晶體生長(zhǎng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為第三代半導(dǎo)體材料，碳化硅具有非常優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，這就決定了碳化硅在高端光電、大功率、微波射頻等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)空間。
[0003]物理氣相傳輸法是目前國(guó)際上生長(zhǎng)碳化硅晶體最為成熟的方法。碳化硅晶體生長(zhǎng)的基本原理如下:將碳化硅原料及碳化硅籽晶放入高純石墨坩禍中，其中碳化硅原料處于高溫區(qū)(2200-2400°C )，碳化硅籽晶處于相對(duì)低溫處(2000-2300°C )，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度后，高溫處的碳化硅原料分解，以氣態(tài)形式向籽晶處傳輸，并在籽晶上形核、長(zhǎng)大，最終形成碳化硅晶體。實(shí)際上，原料同籽晶間的溫度差異(即溫度梯度)是晶體生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力，如可將溫度梯度人為拉大，則晶體生長(zhǎng)速度也將增大。
[0004]現(xiàn)在提高晶體生長(zhǎng)速度的方法多為:在碳化硅原料中加入硅粉或通入硅烷，但易于在晶體中引入硅夾雜物，且增大了晶體生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)參數(shù)；降低晶體生長(zhǎng)氣壓，提高原料的輸運(yùn)能力，但可能增大晶體中的碳包裹物雜質(zhì)。
[0005]如何通過(guò)改進(jìn)晶體生長(zhǎng)裝置來(lái)提高晶體生長(zhǎng)速度成為本領(lǐng)域技術(shù)人員研宄的課題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是提供一種提高晶體生長(zhǎng)速度的坩禍。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案:一種提高晶體生長(zhǎng)速度的坩禍，所述坩禍為石墨坩禍，所述坩禍上部靠近晶體處的外徑小于下部的外徑，并在坩禍上部靠近晶體處的外壁設(shè)置一圈石墨氈，使得坩禍上下兩部分整體外徑相同。
[0008]所述石墨租的高度為10到100mm。
[0009]所述石墨租的厚度為3到25mm。
[0010]一種晶體生長(zhǎng)裝置，包括石墨坩禍和套設(shè)于所述石墨坩禍外的發(fā)熱筒，所述坩禍采用上述的坩禍。
[0011]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)現(xiàn)有坩禍減少其上部外徑(切除一定尺寸圓環(huán)柱)，該處填入石墨氈的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)降低籽晶處溫度、提高溫度梯度的目的，由于溫度梯度的提高，進(jìn)而加快了晶體的生長(zhǎng)速度，而且易于操作，節(jié)省成本。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型與發(fā)熱筒配合生長(zhǎng)晶體的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0013]圖中:1-發(fā)熱筒，2-1甘禍，3-石墨租，4-碳化娃原料，5-軒晶。
【具體實(shí)施方式】
[0014]現(xiàn)根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行較詳細(xì)的說(shuō)明，如圖1所示，一種提高晶體生長(zhǎng)速度的坩禍，所述坩禍2為石墨坩禍2，所述坩禍2上部靠近晶體處的外徑小于下部的外徑，并在坩禍上部靠近晶體處的外壁設(shè)置一圈石墨氈3，使得坩禍2上下兩部分整體外徑相同。
[0015]所述石墨租3的高度為10到100mm。
[0016]所述石墨租3的厚度為3到25mm。
[0017]一種晶體生長(zhǎng)裝置，包括石墨坩禍2和套設(shè)于所述石墨坩禍2外的發(fā)熱筒1，所述坩禍2采用上述的坩禍2。
[0018]工作原理:
[0019]本實(shí)用新型是通過(guò)設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的晶體生長(zhǎng)用坩禍，來(lái)直接達(dá)到提高坩禍內(nèi)晶體生長(zhǎng)體系溫度梯度的目的，進(jìn)而獲得更快的單位時(shí)間碳化硅晶體生長(zhǎng)速度。該方法通過(guò)簡(jiǎn)單的修正坩禍構(gòu)型，即可實(shí)現(xiàn)提高晶體生長(zhǎng)速度所需的更大溫度梯度的目的。與常用坩禍相比，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，在保持籽晶溫度不變的情況下，碳化硅原料區(qū)可具備更高的溫度，進(jìn)而提高碳化硅原料分解、傳輸?shù)奶蓟?、硅基物質(zhì)的量，達(dá)到加快晶體生長(zhǎng)速度的目的。該結(jié)構(gòu)可提高晶體生長(zhǎng)速度，而且易于操作，節(jié)省成本。
[0020]使用本實(shí)驗(yàn)新型設(shè)計(jì)的坩禍，在晶體生長(zhǎng)時(shí)，可在保持籽晶溫度不變的情況下，提高原料區(qū)的溫度(相比傳統(tǒng)坩禍)，這樣提高了晶體生長(zhǎng)體系內(nèi)的溫度梯度，也實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)速度的提升。
[0021]現(xiàn)有技術(shù)中，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，原料及石墨坩禍下部溫度相對(duì)籽晶及坩禍上部溫度要高，這是形成溫度梯度的必要要求，而籽晶處的溫度，主要來(lái)源于石墨坩禍壁導(dǎo)熱、輻射和碳化硅原料表面的熱輻射。為達(dá)到高質(zhì)量晶體生長(zhǎng)需要的必要溫度，此處針對(duì)性的對(duì)調(diào)制石墨坩禍導(dǎo)熱、熱輻射進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低籽晶處溫度、提高溫度梯度的目的。
[0022]針對(duì)碳化硅晶體生長(zhǎng)用傳統(tǒng)石墨坩禍，本設(shè)計(jì)其特點(diǎn)在于:減少其上部外徑(切除一定尺寸圓環(huán)柱)，在晶體生長(zhǎng)時(shí)在該處填入石墨氈。因?yàn)樵诟邷叵率珰值臒釋?dǎo)率要遠(yuǎn)小于石墨熱導(dǎo)率，因此插入的石墨氈可啟到極佳隔熱作用，這樣既可實(shí)現(xiàn)顯著阻止坩禍下部石墨體向上部石墨體導(dǎo)熱、隔絕發(fā)熱筒對(duì)坩禍上側(cè)導(dǎo)熱；同時(shí)，由于坩禍上部石墨體溫度降低，也實(shí)現(xiàn)了減少對(duì)晶體處的熱輻射。
[0023]下面以兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)本實(shí)用新型的效果加以說(shuō)明:
[0024]實(shí)驗(yàn)1.
[0025]使用傳統(tǒng)晶體生長(zhǎng)坩禍進(jìn)行生長(zhǎng)。采用中頻感應(yīng)晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，設(shè)定測(cè)試點(diǎn)溫度為2100°C，爐體內(nèi)氣壓為1500Pa(Ar氣)，生長(zhǎng)時(shí)間為50小時(shí)。獲得碳化硅晶體生長(zhǎng)速度為2.3克每小時(shí)。
[0026]實(shí)驗(yàn)2.
[0027]將樹禍上部切除厚17mm,尚50mm的圓柱環(huán)，如圖1所不，后在切除區(qū)填入石墨租。采用中頻感應(yīng)晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，設(shè)定測(cè)試點(diǎn)溫度為2100°C，爐體內(nèi)氣壓為1500Pa(Ar氣)，生長(zhǎng)時(shí)間為50小時(shí)。獲得晶體生長(zhǎng)速度3.5克每小時(shí)，相對(duì)傳統(tǒng)晶體生長(zhǎng)速度直接提高50%以上。
[0028]本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)碳化硅晶體生長(zhǎng)坩禍進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體生長(zhǎng)所需溫度梯度的調(diào)整，進(jìn)而明顯提高晶體生長(zhǎng)速度。設(shè)計(jì)思路明確，實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間晶體生長(zhǎng)速度提高50%以上，易于操作并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，顯著降低了生產(chǎn)成本。
[0029]本實(shí)用新型不僅可以用于碳化硅晶體生長(zhǎng)，也適用于其他PVT法生長(zhǎng)的晶體材料，如氣化銷等。
[0030]以上對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高晶體生長(zhǎng)速度的坩禍，所述坩禍為石墨坩禍，其特征在于:所述坩禍上部靠近晶體處的外徑小于下部的外徑，并在坩禍上部靠近晶體處的外壁設(shè)置一圈石墨氈，使得坩禍上下兩部分整體外徑相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高晶體生長(zhǎng)速度的坩禍，其特征在于:所述石墨氈的高度為 10 到 10mm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高晶體生長(zhǎng)速度的坩禍，其特征在于:所述石墨氈的厚度為3_25mm。
4.一種晶體生長(zhǎng)裝置，包括石墨坩禍和套設(shè)于所述石墨坩禍外的發(fā)熱筒，其特征在于:所述坩禍采用權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的坩禍。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種提高晶體生長(zhǎng)速度的坩堝及晶體生長(zhǎng)裝置，所述坩堝為石墨坩堝，所述坩堝上部靠近晶體處的外徑小于下部的外徑，并在該部分設(shè)置一圈石墨氈，使得坩堝上下兩部分整體外徑相同。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)現(xiàn)有坩堝減少其上部外徑(切除一定尺寸圓環(huán)柱)，該處填入石墨氈的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)降低籽晶處溫度、提高溫度梯度的目的，由于溫度梯度的提高，進(jìn)而加快了晶體的生長(zhǎng)速度，而且易于操作，節(jié)省成本。
【IPC分類】C30B29-36, C30B23-00
【公開號(hào)】CN204417640
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420784405
【發(fā)明人】陶瑩, 鄧樹軍, 高宇, 巴音圖
【申請(qǐng)人】河北同光晶體有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日