一种应用在碳化硅单晶炉中的氧化锆保温结构的制作方法

本实用新型涉及一种碳化硅单晶生长炉中的热场结构，具体涉及一种气相法生长碳化硅的单晶炉中的中轴圆周对称氧化锆保温结构。

背景技术：

SiC作为C和Si唯一稳定的化合物，具有优良的光学、电学、机械和化学性能，使其成为高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件的优选材料，可用于地面核反应堆系统的监控、原油勘探、环境监测及航空、航天、雷达、通讯系统和大功率的电子转换器及汽车马达等领域的极端环境中。但由于SiC在正常的工程条件下无液相存在，理论计算表明在压力超过1010Pa、温度超过2830℃的条件下，理想化学配比的SiC熔体才可能存在，故从商业的角度考虑SiC不可能像Si材料一样从熔体中提拉制备。目前世界上制备SiC体单晶的标准方法是籽晶升华法。

生长出高品质碳化硅单晶的前提条件是必须有合理的温度场设计，只有温度场合理，才有可能有效控制晶体轴向和径向的温度梯度，生长出外形理想、内部少缺陷的高品质碳化硅单晶。温度场受加热系统、保温系统及冷却系统综合因素的影响。加强低温区的保温,控制轴向、径向温度梯度和高温区的过热温度,对保证晶体内部应力小,生长界面稳定与碳化硅多晶不局部成核结晶极为重要。设计合理的保温系统，既可以有效存储热量，保证生长单晶所需的温度，又可以将多余热量及时散出，保证生长单晶所需的温度梯度，使温度调整更加容易，保证理想的晶体生长。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种以解决传统升华法单晶炉中使用的碳纤维保温桶结构在使用过程中温场控制困难，高温环境下碳纤维保温桶容易与泄露出的Si反应等问题，更加易于调节温场并建立合理温度梯度的在碳化硅单晶炉中应用的氧化锆保温结构。

本实用新型提供的技术方案是：一种应用在碳化硅单晶炉中的氧化锆保温结构，该氧化锆保温结构包括多层不同直径的氧化锆保温桶，每层氧化锆保温桶在高度方向上由多层圆环组接而成，每层圆环由多瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成，氧化锆纤维砖环瓣由氧化锆纤维烧结制得的氧化锆纤维砖制成，其特征在于：所述的氧化锆保温桶的顶部和底部设置有氧化锆保温材料，所述氧化锆保温材料在高度方向上包括多层的氧化锆保温圆板。

进一步的，氧化锆保温圆板由氧化锆纤维烧结制的氧化锆纤维板制成，所述的每层氧化锆保温圆板的厚度为10~50mm，且每层氧化锆保温圆板的厚度可以不同或者相同。

进一步的，所述的氧化锆保温桶的顶部和底部的氧化锆保温材料的高度各为30~300mm，且相邻氧化锆保温圆板间距为0mm。

进一步的，所述氧化锆保温结构包括2~4层，直径为300~1200mm的氧化锆保温桶。

进一步的，所述氧化锆保温桶相邻间距为1~5mm。

进一步的，氧化锆保温桶在高度方向上包括5~15层由氧化锆纤维砖环瓣拼接的圆环。

进一步的，所述圆环每层高度为50~300mm，且由3~9瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成。

进一步的，所述每瓣氧化锆纤维砖环瓣厚度为20~50mm。

进一步的，所述相邻氧化锆纤维砖环瓣间设置有相配合的用于固定的定位凹槽与定位突起。

进一步的，所述定位突起直径为氧化锆纤维砖环瓣厚度的1/3~1/2。

所述相邻氧化锆保温圆板可以采用领域内常规的物理拼接。

氧化锆保温材料，也可以说氧化锆保温圆板完全覆盖在氧化锆保温桶的顶部和底部

本实用新型采用氧化锆材料制成的保温结构替代传统升华法碳化硅单晶生长炉中使用的碳纤维保温桶结构，采用该氧化锆保温结构可避免传统碳纤维保温桶结构容易与泄露出的Si反应造成的碳纤维保温桶减薄问题，并且具有易于温度调节、利于形成均匀稳定的温场、增加使用寿命及降低耗电量的优点。本发明的有益效果有：

1.氧化锆具有使用温度高（最高使用温度可达2400℃）、导热系数小、抗氧化等一系列优良特性，是一种高性能的隔热材料，在保温隔热应用领域占有重要地位。

2.本发明采用氧化锆纤维砖制成的保温桶，可避免传统碳纤维保温桶结构由于坩埚中泄露的Si气氛与碳纤维反应造成碳纤维保温桶结构的桶内壁减薄的问题，进而带来温度场失效的问题。

3.本发明中采用的氧化锆纤维保温桶具有耐高温、抗氧化的优点，可以有效的延长碳纤维保温桶结构的使用寿命。

4.由于氧化锆纤维砖导热系数小，可有效保持炉内温度，保温效果好，热量流失少，进而减少了生长所需用电量，较传统碳纤维保温桶结构节能10~20%。

5.采用氧化锆纤维砖做保温桶及上下保温板结构有利于形成均匀稳定的温场，温度调节容易，保证合理的径向和轴向的温度梯度，符合生化法对温场分布的要求。

附图说明

图1为本实用新型氧化锆保温结构示意图；

图2为本实用新型氧化锆保温桶的顶部或底部氧化锆保温圆板示意图；

图3为本实用新型氧化锆纤维砖环瓣拼接的圆环结构示意图。

其中，1.氧化锆保温桶；2.氧化锆保温圆板；3.圆环；4.氧化锆纤维砖环瓣；5.定位突起；6.定位凹槽；D1、D2、D3.内径；D4.直径；H2.厚度；H、H1.高度；L.厚度。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

本实施例提供的氧化锆保温结构包括3层氧化锆保温桶1，由内向外氧化锆保温桶内径依次为D1、D2和D3，D1、D2和D3分别为400mm、500mm、600mm，相邻的氧化锆保温桶1间距为1~5mm。参照附图1、2，氧化锆保温桶1的顶部和底部各有3层氧化锆保温圆板2，每层氧化锆保温圆板2的厚度为H2，H2为50mm，且相邻氧化锆保温圆板2间距为0mm,氧化锆保温圆板2直径为D4，D4为690mm，可选的，每层氧化锆保温圆板2的厚度为H2可以不同。

图1中显示氧化锆保温结构高度为H，拼接成氧化锆保温桶1的每层圆环3高度H1为100mm，圆环3为五层，由图3可知，每层圆环由4个氧化锆纤维砖环瓣4拼接组成，氧化锆纤维砖环瓣4的厚度L为45mm，圆环3内相邻的两个氧化锆纤维砖环瓣4之间及每个氧化锆纤维砖环瓣4上下连接处均有相配合的半径为R1和R2的定位突起5和定位凹槽6，R2稍大于R1，定位突起直径R1为氧化锆纤维砖环瓣厚度的1/3。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。