本實用新型涉及一種液相法生長碳化硅晶體的裝置，屬于碳化硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的液相法生長碳化硅晶體，都是通過加熱的方式將硅在高純石墨坩堝中融化，形成碳在硅中的溶液，再通過頭部貼付有籽晶的石墨軸伸入到溶液中進行生長。石墨坩堝為開放式設(shè)計，外圍包裹有保溫材料。在坩堝的頂部，有一定大小的開孔，便于籽晶軸從坩堝上方伸入到坩堝中的溶液中，開孔的大小由所生長的晶體決定。生長晶體的尺寸越大，所用的坩堝尺寸越大，開孔的直徑也越大。

高溫狀態(tài)下，熔融的硅會出現(xiàn)揮發(fā)的現(xiàn)象。蒸汽硅遇到冷的物體，就會凝結(jié)成硅粉顆粒。如果硅蒸汽遇到石墨件或者石墨保溫材料，會和碳生成微小的碳化硅顆粒。在石墨坩堝頂部，溫度相對較低，硅蒸汽揮發(fā)會在石墨坩堝頂部生成小的碳化硅顆粒，這些顆粒有些會附著在石墨坩堝上，也有的會隨著氣氛的擾動重新掉落回坩堝中去。當出現(xiàn)掉落會坩堝中的現(xiàn)象時，會在溶液中形成雜晶，伴隨著溶液的流動，會導致生長的單晶中混雜著多晶，使整個晶體無法使用。

當硅蒸汽通過坩堝上部開孔或者是坩堝與坩堝蓋的間隙，逃出坩堝時，會在坩堝外的保溫材料內(nèi)部結(jié)晶，生長小的碳化硅顆粒，一般晶型為3C-SiC。這些新生成的碳化硅顆粒，具有碳化硅的特性，即高導熱性。這些小碳化硅顆粒會導致保溫材料的保溫性能惡化，隨著晶體的生長，保溫性能逐漸喪失。

高純的保溫材料價格昂貴，硅蒸汽揮發(fā)會嚴重縮短保溫材料的使用壽命，導致長晶成本增加。所以在長晶過程中，抑制硅蒸汽的揮發(fā)，是很急迫要解決的問題。

抑制硅的揮發(fā)，目前主要是依靠壓力來控制。通過提高生長腔室中的壓力，使硅的揮發(fā)降低。從理論上分析，硅的蒸氣壓是隨著溫度的升高而增加。在長晶過程中，為了提高晶體的生長速率，往往會提高生長溫度，而且為了增加碳在硅中的溶解度，現(xiàn)有技術(shù)中往往添加金屬進去。添加的金屬，如Cr等，融化溫度很高，在1860℃以上，這也決定了生長溫度必然會大于添加金屬的融化溫度。高溫下硅的揮發(fā)問題會更加嚴重。提高生長腔室中氣體的壓強，一定程度上可以抑制硅揮發(fā)的問題，但是隨著生長腔耐壓程度的提高，整個設(shè)備的制造成本也會大幅度的提高。壓力容器也會使生長過程出現(xiàn)某種程度的風險。所以簡單的通過提高生長腔室壓強的方式，不適合產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型提供了一種能夠防止硅蒸汽溢出坩堝、并有利于晶體生長環(huán)境穩(wěn)定性、有利于提高坩堝保溫層壽命的新的液相法生長碳化硅晶體的裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：一種可防止硅蒸汽溢出的液相法生長碳化硅晶體的裝置，包括石墨坩堝、與上下運動機構(gòu)連接的籽晶軸，所述石墨坩堝外設(shè)有保溫層，所述石墨坩堝包括坩堝體、蓋在坩堝體上端的坩堝蓋，所述籽晶軸包括頭部貼有籽晶的石墨軸，其特殊之處是：在所述坩堝體上端的內(nèi)側(cè)壁上對應(yīng)于坩堝體與坩堝蓋之間的縫隙處設(shè)有一沿坩堝體內(nèi)側(cè)壁周向設(shè)置的環(huán)槽，所述環(huán)槽開口向上，所述環(huán)槽的內(nèi)側(cè)邊與坩堝體的內(nèi)側(cè)壁封閉連接，坩堝體與坩堝蓋之間的縫隙位于所述環(huán)槽內(nèi)；在籽晶上部的石墨軸上同軸設(shè)置有一石墨遮罩，所述石墨遮罩為圓形平板或為開口向下的傘形結(jié)構(gòu)或為一端封閉另一端敞口向下的筒形結(jié)構(gòu)，所述石墨遮罩將貼有籽晶的一端的石墨軸罩設(shè)在其下部。

本實用新型在生產(chǎn)過程中，籽晶軸通過上下運動機構(gòu)被下放至石墨坩堝內(nèi)，并位于坩堝內(nèi)的液面之上，籽晶軸上的石墨遮罩在長晶過程中可以阻擋坩堝內(nèi)的硅蒸汽上行，該石墨遮罩可以有效阻擋大部分的硅蒸汽溢出坩堝，尤其是可有效阻擋硅蒸汽自坩堝蓋上的開孔處溢出，同時石墨遮罩也可以反射熱量到籽晶部位，使晶體生長部位的溫度保持穩(wěn)定，保證晶體生長環(huán)境的穩(wěn)定性。而環(huán)槽的設(shè)置則可在碳化硅生產(chǎn)過程中阻擋坩堝內(nèi)的硅蒸汽從石墨坩堝和坩堝蓋的縫隙處溢出石墨坩堝，防止溢出的硅蒸汽使外側(cè)的保溫材料的保溫性能惡化。

進一步的，所述環(huán)槽內(nèi)放置有高純石墨。通過在環(huán)槽內(nèi)放置高純石墨，硅蒸汽可以在此與槽內(nèi)的高純石墨進行反應(yīng)，生成碳化硅顆粒，進一步防止硅蒸汽從石墨坩堝和坩堝蓋的縫隙處溢出石墨坩堝。

本實用新型中，所述石墨遮罩與所述石墨軸為一體加工成型結(jié)構(gòu)或所述石墨遮罩與所述石墨軸為分體式結(jié)構(gòu)，所述石墨遮罩套裝在所述石墨軸上。

為進一步防止硅蒸汽從石墨坩堝和坩堝蓋的縫隙處溢出石墨坩堝，所述環(huán)槽的外側(cè)邊的上沿高度與坩堝體與坩堝蓋之間的縫隙處平齊或高于該縫隙。

為了有效阻擋硅蒸汽溢出坩堝，所述石墨遮罩的外側(cè)邊緣與所述環(huán)槽的外側(cè)邊對齊。

為了使石墨遮罩能夠充分反射熱量至籽晶部位，優(yōu)選所述石墨遮罩的下邊緣距離籽晶的距離為1-10cm。

本實用新型的有益效果是：本實用新型通過在籽晶軸上設(shè)置石墨遮罩，能夠在長晶過程中有效阻擋大部分的硅蒸汽溢出坩堝，防止溢出的硅蒸汽使外側(cè)的保溫材料的保溫性能惡化，有利于提高保溫材料的使用壽命，同時石墨遮罩也可以反射熱量到籽晶部位，使晶體生長部位的溫度保持穩(wěn)定，保證晶體生長環(huán)境的穩(wěn)定性，有利于提高晶體的質(zhì)量；通過在坩堝內(nèi)設(shè)置環(huán)槽，則可在碳化硅生產(chǎn)過程中阻擋坩堝內(nèi)的硅蒸汽從石墨坩堝和坩堝蓋的縫隙處溢出石墨坩堝，防止溢出的硅蒸汽使外側(cè)的保溫材料的保溫性能惡化。本實用新型通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效防止了坩堝內(nèi)的硅蒸汽自坩堝內(nèi)溢出，防止了溢出的硅蒸汽對保溫材料帶來的不良影響，能夠大大提高保溫層的使用壽命，有利于降低生產(chǎn)成本，并能夠促進晶體質(zhì)量的提高，其具有很大的實用性。

附圖說明

圖1是本實用新型具體實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型中傘形分體式結(jié)構(gòu)的籽晶軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型中傘形一體加工成型的籽晶軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型中石墨遮罩為圓形平板的籽晶軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型中石墨遮罩為筒形結(jié)構(gòu)的籽晶軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1是坩堝蓋、2是環(huán)槽、3是坩堝體、4是保溫層、5是籽晶、6是石墨遮罩、7是石墨軸、8是保溫上蓋。

具體實施方式

下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。

如附圖1所示，一種可防止硅蒸汽溢出的液相法生長碳化硅晶體的裝置，包括石墨坩堝、籽晶軸，籽晶軸與長晶爐的上下運動機構(gòu)連接(上下運動機構(gòu)圖中未示出，其為現(xiàn)有技術(shù))。所述石墨坩堝包括坩堝體3、蓋在坩堝體3上端的坩堝蓋1，坩堝蓋1上有開孔，所述坩堝體外設(shè)有保溫層4，坩堝蓋1外設(shè)有保溫上蓋8。在所述坩堝體3上端的內(nèi)側(cè)壁上對應(yīng)于坩堝體3與坩堝蓋1之間的縫隙處設(shè)有一沿坩堝體內(nèi)側(cè)壁周向設(shè)置的環(huán)槽2，所述環(huán)槽2開口向上，所述環(huán)槽2的內(nèi)側(cè)邊與坩堝體3的內(nèi)側(cè)壁封閉連接，環(huán)槽2的外側(cè)邊、底邊、坩堝體的內(nèi)側(cè)壁共同形成下部封閉、開口向上的凹槽，坩堝體3與坩堝蓋1之間的縫隙位于所述環(huán)槽2內(nèi)。所述環(huán)槽2內(nèi)放置有高純的石墨顆?；蛘呤?。所述籽晶軸包括石墨軸7，石墨軸7的頭部貼有籽晶5，在籽晶5上部的石墨軸7上同軸設(shè)置有一石墨遮罩6，所述石墨遮罩6為傘形結(jié)構(gòu)，傘形結(jié)構(gòu)的開口向下，所述石墨遮罩6將貼有籽晶的一端的石墨軸罩設(shè)在其下部。石墨遮罩6與石墨軸7可采用分體式結(jié)構(gòu)，如附圖2所示，石墨遮罩6套裝在石墨軸7上。當然，石墨遮罩6與石墨軸7也可以采用一體加工成型結(jié)構(gòu)，如附圖3所示。

本實施例中，優(yōu)選的是，所述環(huán)槽2的外側(cè)邊的上沿高度與坩堝體3與坩堝蓋1之間的縫隙處平齊或高于該縫隙。所述石墨遮罩6的外側(cè)邊緣與所述環(huán)槽2的外側(cè)邊對齊。

本實施例中的石墨遮罩6除了為傘形結(jié)構(gòu)外，也可以為圓形平板結(jié)構(gòu)，如附圖4所示，石墨遮罩6與石墨軸7可以采用一體加工成型結(jié)構(gòu)，也可以采用分體式結(jié)構(gòu)。石墨遮罩6也也可以為一端封閉另一端敞口向下的筒形結(jié)構(gòu)，如附圖5所示，其與石墨軸7可以采用一體加工成型結(jié)構(gòu)，也可以采用分體式結(jié)構(gòu)。

為了使石墨遮罩6能夠充分反射熱量至籽晶部位，優(yōu)選石墨遮罩的下邊緣距離籽晶的距離為1-10cm。

利用上述的裝置采用液相法生長碳化硅晶體的方法是：其包括如下步驟：(1)組裝階段：a.將籽晶5固定在籽晶軸的頭部上，然后將保溫上蓋8和坩堝蓋1自籽晶軸的尾端穿入，再將籽晶軸的尾端與長晶爐的上下運動機構(gòu)連接；b.將原料放入石墨坩堝中，原料為高純的多晶硅或者是硅粉，然后在環(huán)槽2中放入石墨顆?；蛘呤?；c.通過上下運動機構(gòu)將籽晶軸下降到石墨坩堝內(nèi)，并使坩堝蓋1、保溫上蓋8蓋好；(2)加熱升溫階段：將石墨坩堝內(nèi)抽真空，然后通入惰性氣體保護，惰性氣體為氦氣、氖氣、或者氬氣等，然后升溫加熱使坩堝內(nèi)的原料融化，接著將籽晶伸入到溶液中去；(3)長晶階段：長晶過程中，旋轉(zhuǎn)坩堝和籽晶軸，充分攪動溶液，使生長環(huán)境均勻，并同時控制籽晶軸的提拉和坩堝的上升，使晶體生長環(huán)境穩(wěn)定；(4)降溫階段：將晶體提拉出溶液，然后降溫；(5)開爐階段：提拉籽晶軸，使坩堝蓋和保溫上蓋與坩堝分離，開爐，將籽晶軸取下，并去除保溫上蓋和坩堝蓋。本發(fā)明可生長晶體尺寸為1-6inch。

本實施例中的其他部分均采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。