提高晶體生長(zhǎng)速度的發(fā)熱筒及晶體生長(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)速度的發(fā) 熱筒及晶體生長(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堝中，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)速度的發(fā)熱筒。
[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)速度的發(fā)熱筒， 包括石墨筒體，所述筒體下半部分與碳化硅原料對(duì)應(yīng)部分的壁厚薄，且該部分的壁厚與石 墨坩堝壁厚之和處于趨膚效應(yīng)厚度范圍之內(nèi)，所述筒體上半部分的壁厚大于所述筒體下半 部分的壁厚5mm到30mm。
[0008] 所述筒體為上下兩段式結(jié)構(gòu)，上半部分與下半部分之間設(shè)有石墨氈。
[0009] 所述石墨毯的高度為5_20mm。
[0010] 所述筒體上半部分的壁厚為15-30mm，所述下半部分的壁厚為5-15mm。
[0011] 一種晶體生長(zhǎng)裝置，包括石墨坩堝和套設(shè)于所述石墨坩堝外的發(fā)熱筒，所述發(fā)熱 筒采用上述的發(fā)熱筒。
[0012] 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)發(fā)熱筒上厚下薄的設(shè) 計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)控原料和籽晶處的溫度，即可實(shí)現(xiàn)大幅提高原料區(qū)的溫度，而籽晶處的溫度基 本保持不變，從而實(shí)現(xiàn)快速晶體生長(zhǎng)所需要的大的溫度梯度，提高晶體生長(zhǎng)速度，實(shí)驗(yàn)重復(fù) 性好，且極大的降低生產(chǎn)成本，同時(shí)解決了現(xiàn)有方法的雜質(zhì)問(wèn)題；兩段發(fā)熱筒之間用石墨氈 間隔，以避免下部發(fā)熱筒向上部發(fā)熱筒的熱傳導(dǎo)造成的熱損失，進(jìn)而保證下部發(fā)熱筒具有 更高的溫度，實(shí)現(xiàn)增大生長(zhǎng)體系內(nèi)的溫度梯度，進(jìn)一步加快晶體生長(zhǎng)速度。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本實(shí)用新型與坩堝配合生長(zhǎng)晶體的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0014] 圖中：1-上半部分，2-下半部分，3-石墨毯，4-碳化硅原料，5-籽晶，6-坩堝。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 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 度的發(fā)熱筒，包括石墨筒體，所述筒體下半部分2與碳化硅原料對(duì)應(yīng)部分的壁厚薄，且該部 分的壁厚與石墨坩堝6壁厚之和處于趨膚效應(yīng)厚度范圍之內(nèi)，所述筒體上半部分1的壁厚 大于所述筒體下半部分2的壁厚5mm到30mm〇
[0016] 所述筒體為上下兩段式結(jié)構(gòu)，上半部分1與下半部分2之間設(shè)有石墨氈3。
[0017] 所述石墨毯3的高度為5_20mm。
[0018] 所述筒體上半部分1的壁厚為15-30mm，所述下半部分2的壁厚為5-15mm。
[0019] 一種晶體生長(zhǎng)裝置，包括石墨坩堝6和套設(shè)于所述石墨坩堝6外的發(fā)熱筒，所述發(fā) 熱筒采用上述的發(fā)熱筒。
[0020] 工作原理：
[0021] 現(xiàn)有技術(shù)通常在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，原料及石墨坩堝下部溫度相對(duì)籽晶及坩堝上部 溫度要高，這是形成溫度梯度的必要要求。對(duì)于感應(yīng)加熱，晶體生長(zhǎng)坩堝內(nèi)體系的溫度或熱 量來(lái)源于發(fā)熱筒產(chǎn)生熱量（渦流發(fā)熱）向坩堝內(nèi)的熱傳導(dǎo)。對(duì)于感應(yīng)加熱，存在感應(yīng)加熱 的趨膚效應(yīng)（石墨發(fā)熱筒發(fā)熱主要來(lái)源于石墨發(fā)熱筒外表面一定深度），趨附效應(yīng)的有效 發(fā)熱厚度如計(jì)算公式（1)所示（其中P石墨電阻率、μ為石墨的相對(duì)磁導(dǎo)率、f為中頻電 源頻率，通常石墨件中頻感應(yīng)加熱趨附效應(yīng)的厚度為15-25_)，該發(fā)熱厚度之外熱量輸運(yùn) 則主要通過(guò)石墨導(dǎo)熱（2000°C以上石墨導(dǎo)熱較差，熱導(dǎo)率小于50W/K*cm)。本設(shè)計(jì)使用兩 段結(jié)構(gòu)發(fā)熱筒，其特點(diǎn)在于使下發(fā)熱筒（對(duì)應(yīng)碳化硅原料部分）壁厚較薄，目的是使發(fā)熱筒 和石墨坩堝壁厚之和處于趨膚效應(yīng)厚度范圍之內(nèi)，使該部分石墨材料溫度最高化；而相應(yīng) 發(fā)熱筒上部厚度較大，石墨耦合發(fā)熱后，熱量需要通過(guò)石墨材料向坩堝內(nèi)傳輸，進(jìn)而對(duì)生長(zhǎng) 體系供熱較少。另一特點(diǎn)為：兩段發(fā)熱筒之間用石墨氈間隔，以避免下部發(fā)熱筒向上部發(fā)熱 筒的熱傳導(dǎo)造成的熱損失，進(jìn)而保證下部發(fā)熱筒具有更高的溫度，實(shí)現(xiàn)增大生長(zhǎng)體系內(nèi)的 溫度梯度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高晶體生長(zhǎng)速度的發(fā)熱筒，包括石墨筒體，其特征在于：所述筒體下半部分 與碳化硅原料對(duì)應(yīng)部分的壁厚薄，且該部分的壁厚與石墨坩堝壁厚之和處于趨膚效應(yīng)厚度 范圍之內(nèi)，所述筒體上半部分的壁厚大于所述筒體下半部分的壁厚5mm到30_。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高晶體生長(zhǎng)速度的發(fā)熱筒，其特征在于：所述筒體為上下 兩段式結(jié)構(gòu)，上半部分與下半部分之間設(shè)有石墨氈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高晶體生長(zhǎng)速度的發(fā)熱筒，其特征在于：所述石墨氈的高 度為 5_20mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的提高晶體生長(zhǎng)速度的發(fā)熱筒，其特征在于：所述筒 體上半部分的壁厚為15-30mm，所述下半部分的壁厚為5-15mm。
5. -種晶體生長(zhǎng)裝置，包括石墨坩堝和套設(shè)于所述石墨坩堝外的發(fā)熱筒，其特征在于： 所述發(fā)熱筒采用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的發(fā)熱筒。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種提高晶體生長(zhǎng)速度的發(fā)熱筒及晶體生長(zhǎng)裝置，發(fā)熱筒包括石墨筒體，所述筒體下半部分與碳化硅原料對(duì)應(yīng)部分的壁厚薄，且該部分的壁厚與石墨坩堝壁厚之和處于趨膚效應(yīng)厚度范圍之內(nèi)，所述筒體上半部分的壁厚大于所述筒體下半部分的壁厚。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)發(fā)熱筒上厚下薄的設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)控原料和籽晶處的溫度，即可實(shí)現(xiàn)大幅提高原料區(qū)的溫度，而籽晶處的溫度基本保持不變，從而實(shí)現(xiàn)快速晶體生長(zhǎng)所需要的大的溫度梯度，提高晶體生長(zhǎng)速度，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，且極大的降低生產(chǎn)成本，同時(shí)解決了現(xiàn)有方法的雜質(zhì)問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】C30B29-36, C30B23-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204417638
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420784395
【發(fā)明人】陶瑩, 巴音圖, 鄧樹(shù)軍, 高宇, 趙梅玉
【申請(qǐng)人】河北同光晶體有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日