提高晶体生长速度的发热筒及晶体生长装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于碳化硅晶体生长技术领域，尤其涉及一种提高晶体生长速度的发 热筒及晶体生长装置。
【背景技术】
[0002] 作为第三代半导体材料，碳化硅具有非常优异的物理、化学性能，这就决定了碳化 硅在高端光电、大功率、微波射频等领域具有广阔的应用前景和市场空间。
[0003] 物理气相传输法是目前国际上生长碳化硅晶体最为成熟的方法。碳化硅晶体生长 的基本原理如下：将碳化硅原料及碳化硅籽晶放入高纯石墨坩埚中，其中碳化硅原料处于 高温区（2200-2400°C )，碳化硅籽晶处于相对低温处（2000-2300°C )，当达到设定温度后， 高温处的碳化硅原料分解，以气态形式向籽晶处传输，并在籽晶上形核、长大，最终形成碳 化硅晶体。实际上，原料同籽晶间的温度差异（即温度梯度）是晶体生长的驱动力，如可将 温度梯度人为拉大，则晶体生长速度也将增大。
[0004] 现在提高晶体生长速度的方法多为：在碳化硅原料中加入硅粉或通入硅烷，但易 于在晶体中引入硅夹杂物，且增大了晶体生长的调节参数；降低晶体生长气压，提高原料的 输运能力，但可能增大晶体中的碳包裹物杂质。
[0005] 如何通过改进晶体生长装置来提高晶体生长速度成为本领域技术人员研宄的课 题。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型要解决的问题是提供一种提高晶体生长速度的发热筒。
[0007] 为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案：一种提高晶体生长速度的发热筒， 包括石墨筒体，所述筒体下半部分与碳化硅原料对应部分的壁厚薄，且该部分的壁厚与石 墨坩埚壁厚之和处于趋肤效应厚度范围之内，所述筒体上半部分的壁厚大于所述筒体下半 部分的壁厚5mm到30mm。
[0008] 所述筒体为上下两段式结构，上半部分与下半部分之间设有石墨毡。
[0009] 所述石墨毯的高度为5_20mm。
[0010] 所述筒体上半部分的壁厚为15-30mm，所述下半部分的壁厚为5-15mm。
[0011] 一种晶体生长装置，包括石墨坩埚和套设于所述石墨坩埚外的发热筒，所述发热 筒采用上述的发热筒。
[0012] 本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型通过对发热筒上厚下薄的设 计，来实现调控原料和籽晶处的温度，即可实现大幅提高原料区的温度，而籽晶处的温度基 本保持不变，从而实现快速晶体生长所需要的大的温度梯度，提高晶体生长速度，实验重复 性好，且极大的降低生产成本，同时解决了现有方法的杂质问题；两段发热筒之间用石墨毡 间隔，以避免下部发热筒向上部发热筒的热传导造成的热损失，进而保证下部发热筒具有 更高的温度，实现增大生长体系内的温度梯度，进一步加快晶体生长速度。
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型与坩埚配合生长晶体的结构原理图；
[0014] 图中：1-上半部分，2-下半部分，3-石墨毯，4-碳化硅原料，5-籽晶，6-坩埚。
【具体实施方式】
[0015] 现根据附图对本实用新型进行较详细的说明，如图1所示，一种提高晶体生长速 度的发热筒，包括石墨筒体，所述筒体下半部分2与碳化硅原料对应部分的壁厚薄，且该部 分的壁厚与石墨坩埚6壁厚之和处于趋肤效应厚度范围之内，所述筒体上半部分1的壁厚 大于所述筒体下半部分2的壁厚5mm到30mm〇
[0016] 所述筒体为上下两段式结构，上半部分1与下半部分2之间设有石墨毡3。
[0017] 所述石墨毯3的高度为5_20mm。
[0018] 所述筒体上半部分1的壁厚为15-30mm，所述下半部分2的壁厚为5-15mm。
[0019] 一种晶体生长装置，包括石墨坩埚6和套设于所述石墨坩埚6外的发热筒，所述发 热筒采用上述的发热筒。
[0020] 工作原理：
[0021] 现有技术通常在晶体生长过程中，原料及石墨坩埚下部温度相对籽晶及坩埚上部 温度要高，这是形成温度梯度的必要要求。对于感应加热，晶体生长坩埚内体系的温度或热 量来源于发热筒产生热量（涡流发热）向坩埚内的热传导。对于感应加热，存在感应加热 的趋肤效应（石墨发热筒发热主要来源于石墨发热筒外表面一定深度），趋附效应的有效 发热厚度如计算公式（1)所示（其中P石墨电阻率、μ为石墨的相对磁导率、f为中频电 源频率，通常石墨件中频感应加热趋附效应的厚度为15-25_)，该发热厚度之外热量输运 则主要通过石墨导热（2000°C以上石墨导热较差，热导率小于50W/K*cm)。本设计使用两 段结构发热筒，其特点在于使下发热筒（对应碳化硅原料部分）壁厚较薄，目的是使发热筒 和石墨坩埚壁厚之和处于趋肤效应厚度范围之内，使该部分石墨材料温度最高化；而相应 发热筒上部厚度较大，石墨耦合发热后，热量需要通过石墨材料向坩埚内传输，进而对生长 体系供热较少。另一特点为：两段发热筒之间用石墨毡间隔，以避免下部发热筒向上部发热 筒的热传导造成的热损失，进而保证下部发热筒具有更高的温度，实现增大生长体系内的 温度梯度。
【主权项】
1. 一种提高晶体生长速度的发热筒，包括石墨筒体，其特征在于：所述筒体下半部分 与碳化硅原料对应部分的壁厚薄，且该部分的壁厚与石墨坩埚壁厚之和处于趋肤效应厚度 范围之内，所述筒体上半部分的壁厚大于所述筒体下半部分的壁厚5mm到30_。
2. 根据权利要求1所述的提高晶体生长速度的发热筒，其特征在于：所述筒体为上下 两段式结构，上半部分与下半部分之间设有石墨毡。
3. 根据权利要求2所述的提高晶体生长速度的发热筒，其特征在于：所述石墨毡的高 度为 5_20mm。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的提高晶体生长速度的发热筒，其特征在于：所述筒 体上半部分的壁厚为15-30mm，所述下半部分的壁厚为5-15mm。
5. -种晶体生长装置，包括石墨坩埚和套设于所述石墨坩埚外的发热筒，其特征在于： 所述发热筒采用权利要求1-4任一项所述的发热筒。
【专利摘要】本实用新型提供一种提高晶体生长速度的发热筒及晶体生长装置，发热筒包括石墨筒体，所述筒体下半部分与碳化硅原料对应部分的壁厚薄，且该部分的壁厚与石墨坩埚壁厚之和处于趋肤效应厚度范围之内，所述筒体上半部分的壁厚大于所述筒体下半部分的壁厚。本实用新型通过对发热筒上厚下薄的设计，来实现调控原料和籽晶处的温度，即可实现大幅提高原料区的温度，而籽晶处的温度基本保持不变，从而实现快速晶体生长所需要的大的温度梯度，提高晶体生长速度，实验重复性好，且极大的降低生产成本，同时解决了现有方法的杂质问题。
【IPC分类】C30B29-36, C30B23-00
【公开号】CN204417638
【申请号】CN201420784395
【发明人】陶莹, 巴音图, 邓树军, 高宇, 赵梅玉
【申请人】河北同光晶体有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月11日