可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置的制作方法

本实用新型涉及碳化硅单晶生长技术领域，具体而言，涉及一种可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置。

背景技术：

目前碳化硅单晶生长以物理气相沉积法(pvt)为主要生长方式。

为产生热端原料至冷端籽晶间的温度梯度，单晶炉设备普遍使用中频电源驱动线圈造成交变的磁场，从而在坩埚上产生交变的电流。由于线圈中的磁场是不均匀的(中间密两边疏松)，从而坩埚上的电流也是不均匀的，最终结合保温材料，使籽晶成为冷端、坩埚底部原料成为热端。通过调节线圈高度、以及线圈与坩埚的相对位置，从而对坩埚内部轴向的温度梯度进行调整。但是，坩埚径向的温度梯度是通过调整侧壁保温层厚度来实现的，其操作复杂，并且往往效果不理想。

有鉴于此，研发设计出一种能够解决上述技术问题的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置，其能够径向调整籽晶的温度梯度，且调节简单，调节效果较好。

本实用新型提供一种技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置，其包括坩埚、籽晶及多个冷却管；

所述坩埚用于容置原料，所述籽晶呈圆柱状，且位于坩埚内，并靠近所述坩埚的顶部设置；

多个所述冷却管用于供冷却介质通过，且均为环状管，并同心设置；多个所述冷却管均与所述籽晶的顶端平行，且与所述籽晶顶端同心，并靠近所述籽晶顶端设置。

结合第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，所述冷却管为开缝环，且冷却管的两端分别连接有进管和出管，以使所述冷却介质能够由所述进管进入所述冷却管，并由所述出管流出所述冷却管；

所述进管和所述出管均沿第一方向延伸，其中，所述第一方向为与由所述坩埚底部指向所述坩埚顶部的方向平行的方向。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，相邻的两个所述冷却管各自的开缝位置错开设置。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第三种实现方式中，所述冷却管各自的开缝位置沿一条直线排布，其中，所述直线为沿所述冷却管的径向方向延伸的直线。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第四种实现方式中，多个所述冷却管各自的开缝位置沿所述籽晶的周向方向均匀排布。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第五种实现方式中，所述坩埚包括坩埚桶和坩埚盖，所述坩埚桶用于容置所述原料，所述坩埚盖盖设于所述坩埚桶顶部的开口；

所述籽晶连接于所述坩埚盖的底部，所述冷却管设置于所述坩埚盖的顶部。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第六种实现方式中，所述可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置还包括第一保温材料，所述第一保温材料盖设于所述冷却管的顶部。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第七种实现方式中，所述可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置还包括第二保温材料，所述坩埚桶及所述坩埚盖均位于所述第二保温材料内，所述第一保温材料盖设于所述第二保温材料顶部的开口上，以与所述第二保温材料的内壁围成保温空间。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第八种实现方式中，所述可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置还包括控制组件，所述控制组件包括输送机构，所述输送机构与多个所述冷却管连通，且用于将所述冷却介质分别以相应的速度通入多个所述冷却管。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第九种实现方式中，所述控制组件还包括调温机构，所述调温机构与所述输送机构及多个所述冷却管连通，且用于接收流经所述冷却管的冷却介质，并调整所述冷却介质的温度至预设温度，从而为所述输送机构提供温度为所述预设温度的所述冷却介质。

相比现有技术，本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置相对于现有技术的有益效果包括：

该可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置包括坩埚、籽晶及多个冷却管。其中，坩埚用于容置原料，从而通过坩埚加热原料，籽晶呈圆柱状，且位于坩埚内靠近坩埚的顶部位置。而冷却管用于供冷却介质通过，多个冷却管均为环状管，且多个冷却管呈同心设置。多个冷却管均与籽晶的顶端平行，且与籽晶顶端同心设置，并靠近籽晶的顶端设置，以使籽晶成为冷端，这样一来，可通过向不同位置的冷却管通入不同温度的冷却介质，或以不同速度通入冷却介质，从而沿籽晶的径向方向形成温度梯度，以直接影响晶体生长面的径向温梯度，其温度调节较简单，且由于冷却管靠近籽晶设置，其温度调节的效果较好。

为使本实用新型的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置的部分剖切后的立体结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置的控制组件部分的结构框图。

图3为本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置的多个冷却管在一视角下的立体结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置的多个冷却管在另一视角下的立体结构示意图。

图标：10-可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置；11-坩埚；111-坩埚桶；112-坩埚盖；12-籽晶；13-冷却管；131-进管；132-出管；15-控制组件；151-输送机构；152-调温机构；153-主控制器；16-第一保温材料；17-第二保温材料；900-原料；a-第一方向。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

实施例：

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10的部分剖切后的立体结构示意图。

本实用新型实施例提供一种可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10，该可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10能够径向调整籽晶12的温度梯度，且调整简单，效果较好。该可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10能够应用于晶体生产系统等场景，当然，该可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10也能够独立使用。

以下将具体介绍本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10的结构组成、工作原理及有益效果。

请继续参阅图1，该可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10包括坩埚11、籽晶12及多个冷却管13。其中，坩埚11用于容置原料900，从而通过坩埚11加热原料900，籽晶12呈圆柱状，且位于坩埚11内靠近坩埚11的顶部位置。而冷却管13用于供冷却介质通过，多个冷却管13均为环状管，且多个冷却管13呈同心设置。多个冷却管13均与籽晶12的顶端平行，且与籽晶12顶端同心设置，并靠近籽晶12的顶端设置，以使籽晶12成为冷端，这样一来，可通过向不同位置的冷却管13通入不同温度的冷却介质，或以不同速度通入冷却介质，从而沿籽晶12的径向方向形成温度梯度，以直接影响晶体生长面的径向温梯度，其温度调节较简单，且由于冷却管13靠近籽晶12设置，其温度调节的效果较好。

请参阅图1和图2，图2为本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10的控制组件15部分的结构框图。

该可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10还可包括控制组件15，控制组件15可包括输送机构151，输送机构151与多个冷却管13连通，且用于将冷却介质分别以相应的速度通入多个冷却管13，例如，根据需要调控的温度以及对应冷却管13的直径，对每条冷却管13的流量进行分别设置，使得流量大的冷却管13的散热较快，流量小的冷却管13的散热较慢，从而在籽晶12顶端形成经过调控的径向温梯，直接影响晶体生长面的径向温梯，进而做到对生长面的径向温梯进行调控。需要说明的是，在本实施例中，冷却介质可为惰性气体。

进一步地，控制组件15还可包括调温机构152，调温机构152与输送机构151及多个冷却管13连通，且用于接收流经冷却管13的冷却介质，并调整冷却介质的温度至预设温度，从而为输送机构151提供温度为预设温度的冷却介质，换言之，冷却介质在输送机构151的带动下流过冷却管13，并在流出冷却管13后经过调温机构152调整温度为预设温度，再在输送机构151的带动流经冷却管13，从而形成一个循环，提高可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10的经济性。

需要说明的是，输送机构151可以为气泵等，调温机构152可为冷却装置或加热装置。此外，控制组件15还可包括主控制器153，主控制器153分别与输送机构151和调温机构152电连接，以控制输送机构151输送冷却介质至多个冷却管13时的流速，以及控制调温机构152调整冷却介质的温度。

可以理解的是，上述的主控制器153也可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)、语音处理器以及视频处理器等；还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。主控制器153也可以是任何常规的处理器，如plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)、单片机等。当然，主控制器153也可以是继电接触器控制系统，采用开关、继电器及按钮等控制电器的组合，实现接收信号，并做出线路的切换、开关及调节等功能。

请继续参阅图1，以及参阅图3和图4，图3为本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10的多个冷却管13在一视角下的立体结构示意图。图4为本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10的多个冷却管13在另一视角下的立体结构示意图。在图1、图3及图4中，a箭头所指的方向为第一方向a，第一方向a为与由坩埚11底部指向坩埚11顶部的方向平行的方向。

冷却管13可为开缝环，且冷却管13的两端分别连接有进管131和出管132，以使冷却介质能够由进管131进入冷却管13，并由出管132流出冷却管13，并且，进管131和出管132均沿第一方向a延伸，或者说，进管131和出管132均沿垂直于籽晶12的第一方向a远离籽晶12，以降低籽晶12其他位置对进出冷却管13的冷却介质温度的影响。需要说明的是，在本实施例中，冷却管13的进管131和出管132分别连接于输送机构151及调温机构152。

进一步地，相邻的两个冷却管13各自的开缝位置错开设置。由于开缝位置为一缺口，冷却管13对该位置温度的影响较小，将多个冷却管13的开缝位置错开设置，可保证冷却管13对籽晶12顶端温度控制的效果。

需要说明的是，在本实施例中，冷却管13各自的开缝位置沿一条直线排布，其中，直线为沿冷却管13的径向方向延伸的直线，从而便于冷却管13的进管131和出管132分别连接于输送机构151及调温机构152。

而在其他实施例中，多个冷却管13各自的开缝位置也可沿籽晶12的周向方向均匀排布。从而通过较分散的设置冷却管13的开缝位置来保证冷却管13籽晶12温度控制的效果。

请继续参阅图1，坩埚11可包括坩埚桶111和坩埚盖112，坩埚桶111用于容置原料900，坩埚盖112盖设于坩埚桶111顶部的开口，而籽晶12连接于坩埚盖112的底部，冷却管13设置于坩埚盖112的顶部。这样一来，通过冷却管13坩埚盖112上表面形成经过调控的径向温梯，而籽晶12贴合在坩埚盖112底部，以经过坩埚盖112传递径向温梯籽晶12顶端，以使籽晶12上的温度梯度较线性，提高晶体生长的质量。

进一步地，可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10还可包括第一保温材料16，第一保温材料16盖设于冷却管13的顶部。以为冷却管13提供保温效果，保证冷却管13形成的温度梯度稳定。

需要说明的是，进管131和出管132穿过第一保温材料16，以穿出保温空间。并且，由于冷却管13各自的开缝位置沿一条直线排布，可便于在第一保温材料16上开设供进管131和出管132穿过的孔，提高加工制造的便捷度。

此外，可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10还可包括第二保温材料17，坩埚桶111及坩埚盖112均位于第二保温材料17内，第一保温材料16盖设于第二保温材料17顶部的开口上，以与第二保温材料17的内壁围成保温空间(图未标)，降低外界温度变化对晶体生长的影响。

本实用新型实施例提供的可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10的工作原理是：

该可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10包括坩埚11、籽晶12及多个冷却管13。其中，坩埚11用于容置原料900，从而通过坩埚11加热原料900，籽晶12呈圆柱状，且位于坩埚11内靠近坩埚11的顶部位置。而冷却管13用于供冷却介质通过，多个冷却管13均为环状管，且多个冷却管13呈同心设置。多个冷却管13均与籽晶12的顶端平行，且与籽晶12顶端同心设置，并靠近籽晶12的顶端设置，以使籽晶12成为冷端，这样一来，可通过向不同位置的冷却管13通入不同温度的冷却介质，或以不同速度通入冷却介质，从而沿籽晶12的径向方向形成温度梯度，以直接影响晶体生长面的径向温梯度，其温度调节较简单，且由于冷却管13靠近籽晶12设置，其温度调节的效果较好。

综上所述：

本实用新型实施例提供一种可径向调节温度梯度的碳化硅生长装置10，其能够径向调整籽晶12的温度梯度，且调节简单，调节效果较好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，在不冲突的情况下，上述的实施例中的特征可以相互组合，本实用新型也可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。并且，应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。