一种快速生长无包裹物碳化硅单晶的生长室的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于晶体生长领域，涉及一种快速生长无包裹物碳化硅单晶的生长室。
【背景技术】
[0002]碳化硅单晶材料是第三代宽带隙半导体材料的代表，具有宽禁带、高热导率、高电子饱和迀移速率、高击穿电场等性质，与以硅为代表的第一代半导体材料和以GaAs为代表的第二代半导体材料相比，有着明显的优越性，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件和高温电子器件等理想的半导体材料。在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化以及电力电子等方面有广泛应用。
[0003]碳化硅单晶材料的生长比较困难，目前普遍采用物理气相沉积法(也叫PVT或改进的Lely法)，该方法中一般的原材料为碳化硅粉末，将碳化硅粉末加热到一定温度就会显著升华，而分解的碳化硅气体会沿着温度梯度输运并在碳化硅籽晶处凝聚。但是，碳化硅粉末升华需要很高的温度(> 2000°C )，很容易导致碳化硅粉末的碳化，而碳化硅粉末碳化后产生的微小C颗粒同样会沿着温度梯度输运并最终在碳化硅单晶中形成包裹物，影响最终碳化娃单晶质量。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本实用新型提出了一种快速生长无包裹物碳化硅单晶的生长室，采用本实用新型，可以较好的阻挡C颗粒的输送，同时保证碳化硅升华产生气体的通过，较快的到达籽晶位置结晶，这样既去除了碳化硅单晶中的包裹物，又保证了碳化硅单晶的正常、较快的生长。
[0005]本实用新型主要采用以下技术方案:一种快速生长无包裹物碳化硅单晶的生长室，生长室内壁顶部设有籽晶托，生长室内部套有与生长室同轴且顶端低于生长室顶端的内筒，所述的内筒由石墨滤网围绕而成；内筒顶端外沿与生长室内壁之间设有石墨滤网；所述的石墨滤网两侧表面均涂有耐高温金属化合物涂层；
[0006]所述的耐高温金属化合物涂层选自稀有金属的碳化物或稀有金属的氮化物或其混合物；
[0007]所述的稀有金属选自钽或铪或铌或钛或锆或钨或钒。
[0008]使用时，首先将籽晶固定于籽晶托上，并将生长室与内筒之间充满碳化硅粉料并压实，固定好内筒顶端外沿与生长室内壁之间的石墨滤网。
[0009]使用感应线圈对生长室进行加热，当温度达到碳化硅粉料升华温度时，碳化硅粉料开始升华，产生碳化硅升华气体；同时，碳化硅粉料开始碳化，产生碳颗粒，碳化硅升华气体与碳颗粒均沿着温度梯度向上移动。上升过程中，由于石墨滤网的阻碍，固态的碳颗粒无法通过石墨滤网到达生长室的顶部，而气态的碳化硅升华气体可以一小部分通过内筒顶端外沿与生长室内壁之间的石墨滤网到达生长室的顶部，进而在籽晶上进行凝结，进行碳化硅单晶的生长。大部分的气态的碳化硅升华气体受温度梯度的影响，首先通过由石墨滤网围绕而成的内筒，然后经内筒通道到达生长室的顶部，进而在籽晶上进行凝结，进行碳化硅单晶的生长。在碳化硅升华气体由内筒通道到达生长室的顶部过程中，由于没有任何阻碍，上升速度加快，从而加快了碳化硅单晶的生长。
[0010]所述的石墨滤网两侧表面均涂有耐高温金属化合物涂层；所述的耐高温金属化合物涂层选自稀有金属的碳化物或稀有金属的氮化物或其混合物；所述的稀有金属选自钽或铪或铌或钛或锆或钨或钒。之所以选用上述材料作为石墨滤网的涂层，是因为上述耐高温金属化合物，是因为其熔点高于碳化硅的升华温度，并且在碳化硅升华温度下相对于硅和氢具有化学惰性，同时形成了一层保护膜，避免石墨滤网中的碳对单晶生长造成影响。另夕卜，其热膨胀系数与石墨非常类似，从而避免在升华温度下石墨和耐高温金属化合物涂层之间出现裂缝。
[0011]所述的石墨滤网的孔径小于10微米，进一步确保了碳化硅升华气体与碳颗粒的充分分1?。
[0012]综上所述，本实用新型结构简单，使用方便，采用本实用新型，可以较好的阻挡C颗粒的输送，同时保证碳化硅升华产生气体的快速通过，这样既去除了碳化硅单晶中的包裹物，又保证了碳化硅单晶的正常、快速生长，可以广泛推广和应用。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型结构示意图；
[0014]图中:1、籽晶托，2、石墨滤网，3、耐高温金属化合物涂层，4、碳化硅粉料，5、籽晶。
【具体实施方式】
[0015]一种快速生长无包裹物碳化硅单晶的生长室，生长室内壁顶部设有籽晶托1，生长室内部套有与生长室同轴且顶端低于生长室顶端的内筒，所述的内筒由石墨滤网2围绕而成；内筒顶端外沿与生长室内壁之间设有石墨滤网2 ;所述的石墨滤网2两侧表面均涂有耐高温金属化合物涂层3 ；
[0016]所述的耐高温金属化合物涂层3选自稀有金属的碳化物或稀有金属的氮化物或其混合物；
[0017]所述的稀有金属选自钽或铪或铌或钛或锆或钨或钒。
[0018]使用时，首先将籽晶5固定于籽晶托I上，将生长室与内筒之间充满碳化硅粉料4并压实，固定好内筒顶端外沿与生长室内壁之间的石墨滤网2。
[0019]使用感应线圈对生长室进行加热，当温度达到碳化硅粉料4升华温度时，碳化硅粉料4开始升华，产生碳化硅升华气体；同时，碳化硅粉料4开始碳化，产生碳颗粒，碳化硅升华气体与碳颗粒均沿着温度梯度向上移动。上升过程中，由于石墨滤网2的阻碍，固态的碳颗粒无法通过石墨滤网2到达生长室的顶部，而气态的碳化硅升华气体可以一小部分通过内筒顶端外沿与生长室内壁之间的石墨滤网2到达生长室的顶部，进而在籽晶5上进行凝结，进行碳化硅单晶的生长。大部分的气态的碳化硅升华气体受温度梯度的影响，首先通过由石墨滤网2围绕而成的内筒，然后经内筒通道到达生长室的顶部，进而在籽晶5上进行凝结，进行碳化硅单晶的生长。在碳化硅升华气体由内筒通道到达生长室的顶部过程中，由于没有任何阻碍，上升速度加快，从而加快了碳化硅单晶的生长。
[0020]所述的石墨滤网2两侧表面均涂有耐高温金属化合物涂层3 ;所述的耐高温金属化合物涂层3选自稀有金属的碳化物或稀有金属的氮化物或其混合物；所述的稀有金属选自钽或铪或铌或钛或锆或钨或钒。之所以选用上述材料作为石墨滤网2的涂层，是因为上述耐高温金属化合物，是因为其熔点高于碳化硅的升华温度，并且在碳化硅升华温度下相对于硅和氢具有化学惰性，同时形成了一层保护膜，避免石墨滤网2中的碳对单晶生长造成影响。另外，其热膨胀系数与石墨非常类似，从而避免在升华温度下石墨和耐高温金属化合物涂层之间出现裂缝。
[0021]所述的石墨滤网2的孔径小于10微米，进一步确保了碳化硅升华气体与碳颗粒的充分分尚。
【主权项】
1.一种快速生长无包裹物碳化硅单晶的生长室，生长室内壁顶部设有籽晶托(1)，其特征在于:生长室内部套有与生长室同轴且顶端低于生长室顶端的内筒，所述的内筒由石墨滤网(2)围绕而成；内筒顶端外沿与生长室内壁之间设有石墨滤网(2);所述的石墨滤网(2)两侧表面均涂有耐高温金属化合物涂层(3); 所述的耐高温金属化合物涂层(3)选自稀有金属的碳化物或稀有金属的氮化物或其混合物； 所述的稀有金属选自钽或铪或铌或钛或锆或钨或钒。
2.根据权利要求1所述的快速生长无包裹物碳化硅单晶的生长室，其特征在于:所述的石墨滤网(2)的孔径小于10微米。
【专利摘要】本实用新型属于晶体生长领域，涉及一种快速生长无包裹物碳化硅单晶的生长室，生长室内壁顶部设有籽晶托，生长室内部套有与生长室同轴且顶端低于生长室顶端的内筒，所述的内筒由石墨滤网围绕而成；内筒顶端外沿与生长室内壁之间设有石墨滤网；所述的石墨滤网两侧表面均涂有耐高温金属化合物涂层；所述的耐高温金属化合物涂层选自稀有金属的碳化物或稀有金属的氮化物或其混合物；所述的稀有金属选自钽或铪或铌或钛或锆或钨或钒。本实用新型结构简单，使用方便，采用本实用新型，可以较好的阻挡C颗粒的输送，同时保证碳化硅升华产生气体的快速通过，这样既去除了碳化硅单晶中的包裹物，又保证了碳化硅单晶的正常、快速生长，可以广泛推广和应用。
【IPC分类】C30B23-00, C30B29-36
【公开号】CN204570085
【申请号】CN201520285511
【发明人】宗艳民, 高玉强, 宋建, 张志海, 刘家朋, 张红岩, 李加林
【申请人】山东天岳先进材料科技有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月5日