一种用于生长碳化硅粉料的装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于生长碳化硅粉料的装置，属于半导体材料制备技术领域。


背景技术：

2.碳化硅单晶是最重要的第三代半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。
3.由于目前碳化硅粉料制备主要使用自蔓延高温合成法实现。这种方法利用高温给予反应物初始发热，使其开始产生化学反应；随着反应进行，未反应的物质在反应放热的条件下继续完成化学反应。同时随着温度的升高，硅气氛开始溢出，从而不可避免的造成碳硅比的失衡，难以合成高纯度的碳化硅粉料。
4.现有的技术无法完全解决碳化硅粉料在生长过程中硅气氛溢出的问题，将坩埚封死可以解决硅气氛的跑出，但此类方法会对坩埚产生严重的侵蚀，导致坩埚形变或无法打开；不密封坩埚使硅气氛完全跑出会严重侵蚀保温材料，造成保温材料的材料，致使加工成本的增加。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于生长碳化硅粉料的装置，通过设置筒体，筒体的中空腔体内部交错设置有多个挡板，多个挡板与腔体内壁之间形成s形气体通道；在生长碳化硅的过程中，硅气氛挥发，且沿着s形气体通道流动，在流过s形气体通道的过程中逐渐冷却凝结，有效减少了硅气氛对坩埚的腐蚀及硅气氛的溢出对保温材料的侵蚀。
6.本技术采用的技术方案如下：
7.本技术提供了一种用于生长碳化硅粉料的装置，所述装置包括：
8.坩埚，所述坩埚内用于放置硅原料和碳原料，所述坩埚设置出气孔；
9.筒体，所述筒体与所述坩埚连接，所述筒体具有两端开口的中空腔体，所述腔体的一端与所述出气孔连通，另一端与外界连通；所述腔体内部交错设置有多个挡板，所述多个挡板与腔体内壁之间形成s形气体通道。
10.优选地，所述多个挡板沿所述腔体的轴向分布。
11.优选地，所述挡板包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与腔体的内壁连接，所述第二侧壁与所述腔体的内壁之间有间隙。
12.优选地，所述第一侧壁为与腔体内壁配合的弧形，和/或第二侧壁为弧形或直线形。
13.优选地，所述挡板沿腔体的径向延伸，所述挡板径向延伸的长度不小于所述腔体的半径。
14.优选地，所述多个挡板径向延伸的长度沿着远离坩埚的方向增加。
15.优选地，所述多个挡板中相邻挡板之间的间距相等；或所述多个挡板中相邻挡板之间的间距沿着远离坩埚的方向减少。
16.优选地，所述坩埚包括坩埚体和坩埚盖，所述坩埚盖盖合坩埚体的顶部开口；所述坩埚盖上开设有所述出气孔。
17.优选地，所述坩埚盖的顶部连接所述筒体，所述坩埚盖顶部设置有所述出气孔；所述出气孔位于所述筒体的底部。
18.优选地，所述筒体的横截面为圆形或方形；所述坩埚的横截面为圆形；和/或所述筒体和挡板的材质均为石墨材质。
19.本实用新型的有益效果包括但不限于：
20.(1)本实用新型涉及的用于生长碳化硅粉料的装置，通过设置筒体，筒体的中空腔体内部交错设置有多个挡板，多个挡板与腔体内壁之间形成s形气体通道；在生长碳化硅的过程中，硅气氛挥发，且沿着s形气体通道流动，在流过s形气体通道的过程中逐渐冷却凝结，有效减少了硅气氛对坩埚的腐蚀及硅气氛的溢出对保温材料的侵蚀。
21.(2)本实用新型涉及的用于生长碳化硅粉料的装置，通过腔体内多个挡板径向延伸的长度沿着远离坩埚的方向增加，增加了硅气氛与挡板的接触面积，进一步防止硅气氛的溢出，通过s形气体通道后，只有少量的硅气氛流出。
22.(3)本实用新型涉及的用于生长碳化硅粉料的装置，通过坩埚包括坩埚体和坩埚盖，坩埚盖盖合坩埚体的顶部开口；坩埚盖上开设有出气孔；通过坩埚体开口进料，方便填料，且保证生长碳化硅粉料的过程中，硅气氛通过出气孔排出，避免硅气氛腐蚀坩埚体而影响坩埚体的重复使用。
23.(4)本实用新型涉及的用于生长碳化硅粉料的装置，通过筒体和挡板的材质均为石墨材质；硅气氛可与石墨材质的筒体和挡板反应，生成大颗粒碳化硅，提高了原料利用率。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
25.图1为本实用新型涉及的用于生长碳化硅粉料的装置的剖视图；
26.图2为本实用新型一实施方式涉及的筒体的横截面结构示意图；
27.图3为本实用新型另一实施方式涉及的筒体的横截面结构示意图；
28.其中，1、坩埚体；2、坩埚盖；3、出气孔；4、筒体；5、挡板；51、第一侧壁；52、第二侧壁；6、s形气体通道。
具体实施方式
29.下面结合实施例详述本技术，但本技术并不局限于这些实施例。
30.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
31.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
32.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
36.实施例1
37.参考图1，本实施例提供了一种用于生长碳化硅粉料的装置，该装置包括：坩埚和筒体4，所述坩埚内用于放置硅原料和碳原料，坩埚上开设有出气孔3，筒体4与坩埚连接，筒体4具有两端开口的中空腔体，腔体的一端与出气孔3连通，另一端与外界连通；腔体内部交错设置有多个挡板5，多个挡板5与腔体内壁之间形成s形气体通道6。在硅原料和碳原料生长合成碳化硅的过程中，硅气氛挥发，且沿着s形气体通道6流动，在流过s形气体通道6的过程中逐渐冷却凝结，有效减少了硅气氛对坩埚的腐蚀及硅气氛的溢出对保温材料的侵蚀。
38.具体的，挡板5在腔体内的位置不做具体限定，挡板5可倾斜或垂直于腔体内壁设置，只要保证多个挡板5与腔体内壁之间形成s形气体通道6即可。腔体与坩埚的位置关系不做具体限定，腔体可设置于坩埚的顶部或坩埚的一侧，只要保证坩埚的气氛通过出气孔3进入到s形气体通道6即可。
39.作为本技术的一个实施方式，多个挡板5沿腔体的轴向分布，碳化硅生长过程中，硅气氛沿着轴向方向向上挥发，与挡板5碰撞拦截后，在挡板5处冷却凝结，多个挡板5的轴向分布，使得硅气氛受到多次碰撞拦截，进一步减少了硅气氛的溢出。
40.作为本技术的一个实施方式，结合参考图2
‑
3，挡板5包括第一侧壁51和第二侧壁52，第一侧壁51与腔体的内壁连接，第二侧壁52与腔体的内壁之间有间隙；硅气氛通过间隙向上运输，并不断与挡板和腔体内壁碰撞，在挡板5和腔体内壁处冷却结晶。
41.作为本技术的一个实施方式，第一侧壁51为与腔体内壁配合的弧形，和/或第二侧壁52为弧形或直线形。挡板5第一侧壁与腔体内壁配合连接的方式可以通过石墨支架将挡板5固定在腔体内壁。
42.作为本技术的一个实施方式，挡板5沿腔体的径向延伸，挡板5径向延伸的长度不小于腔体的半径，使得挡板5覆盖腔体的面积不小于腔体横截面积的一半，以保证硅气氛每次只能绕过挡板5一侧向上运输。
43.为了进一步防止硅气氛的溢出，多个挡板5径向延伸的长度沿着远离坩埚的方向增加，增加了硅气氛与挡板5的接触面积。多个挡板5径向延伸的长度不会超过腔体的直径，以保证腔体与外界连通，硅气氛通过s形气体通道6后，只有少量的硅气氛流出。
44.作为本技术的一个实施方式，多个挡板中相邻挡板5之间的间距相等；或多个挡板中相邻挡板5之间的间距沿着远离坩埚的方向减少。优选的，多个挡板中相邻挡板5之间的间距为0.1～10cm，挡板5的厚度为2～10mm。相邻挡板5之间的间距沿着远离坩埚的方向减少，增加了挡板5与硅气氛的碰撞机会，进一步防止了硅气氛的溢出。
45.具体的，坩埚的结构不做具体限定，坩埚可以使用本领域常规使用的坩埚。例如：坩埚可由上下两个坩埚体组成，上下两个坩埚体在连接处密封，可通过上下两个坩埚体连接处进料，只要保证坩埚内的气氛通过出气孔3和s形气体通道6排出即可。
46.作为本技术的一个实施方式，坩埚包括坩埚体1和坩埚盖2，坩埚盖2盖合坩埚体1的顶部开口；坩埚盖2上开设有出气孔3。且通过坩埚体1顶部的开口进料，方便填料，且保证生长碳化硅粉料的过程中，硅气氛通过出气孔3排出，避免硅气氛腐蚀坩埚体而影响坩埚体的重复使用。
47.作为本技术的一个实施方式，坩埚盖2的顶部连接筒体4，坩埚盖2顶部设置有出气孔3；出气孔3位于筒体4的底部。筒体4与坩埚盖2的顶部可一体成型，坩埚内的硅气氛通过出气孔3进入筒体4内，并在筒体4内冷却凝结，只有极少量的硅气氛流出。优选的，筒体4的直径小于坩埚体1的直径，筒体4的轴向与坩埚体1的轴向重合。该结构简单，方便加工。
48.作为本技术的一个实施方式，筒体4的横截面为圆形或方形；坩埚的横截面为圆形；和/或筒体4和挡板5的材质均为石墨材质。硅气氛可与石墨材质的筒体4和挡板5反应，生成大颗粒碳化硅，提高了原料利用率。
49.作为本技术的一个实施方式，该装置还包括加热炉和保温材料，所述保温材料设置于坩埚的四周，在坩埚和筒体的连接处的保温材料设置通孔，以使得筒体延伸通过；保温材料和坩埚置于加热炉内，控制加热炉加热后，硅原料和硅原料进行高温固相合成碳化硅粉料，在合成碳化硅粉料的过程中，由于硅的熔点较低，容易造成硅气氛的挥发，硅气氛挥发后，通过出气孔3进入到s形气体通道6，在s形气体通道6冷却凝结后，只有极少量的硅气氛流出，有效降低了硅气氛对保温材料和坩埚的侵蚀。
50.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
51.以上，仅为本技术的实施例而已，本技术的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本技术的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改
和变化。凡在本技术的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。