本實用新型屬于碳化硅單晶領(lǐng)域，涉及一種碳化硅單晶生長裝置，特別涉及一種降低碳化硅單晶中碳粒子包裹體的裝置。

背景技術(shù)：

作為第三代半導體材料，碳化硅單晶具有禁帶寬度大，抗輻射能力強，擊穿電場高，介電常數(shù)小，熱導率大，電子飽和漂移速度高，化學穩(wěn)定性高等獨特的特性，可以用來制造各種耐高溫的高頻大功率器件，應(yīng)用于硅器件難以勝任的場合，被認為是制造光電子器件、高頻大功率器件、電力電子器件理想的半導體材料。在白光照明、光存儲、屏幕顯示、航天航空、高溫輻射環(huán)境、石油勘探、自動化、雷達與通信、汽車電子化等方面有廣泛應(yīng)用，尤其在國防軍事上有著重要的戰(zhàn)略地位，因此受到各國的高度重視。

目前，生長SiC晶體最有效的方法是物理氣相傳輸法（Physical Vapor Transport），其中，碳化硅粉體加熱到2000℃以上，高溫升華后氣相成分在濃度梯度的作用下進行物質(zhì)傳輸，最后在溫度較低的碳化硅籽晶表面重新結(jié)晶，促使晶體長大。在典型碳化硅生產(chǎn)技術(shù)中，整個生長系統(tǒng)包括生長室、感應(yīng)加熱系統(tǒng)及水冷系統(tǒng)、石墨坩堝及保溫材料。通過調(diào)節(jié)坩堝和感應(yīng)線圈的相對位置以及保溫材料的厚度，使坩堝上部籽晶處的溫度低于坩堝底部SiC粉料處的溫度，達到晶體生長的目的。

現(xiàn)有的PVT法生長的碳化硅單晶中不可避免出現(xiàn)缺陷，碳粒子包裹體就是其中的一種，它們的尺度范圍為數(shù)微米到數(shù)十微米，這些碳粒子主要來自于生長系統(tǒng)中與氣相接觸的石墨部件，氣相的Si會侵蝕石墨中薄弱的部分，形成SiC，SiC升華從而作為揮發(fā)性物質(zhì)被移除，最終Si將該位置周圍的石墨完全侵蝕，使碳晶體形成一個碳粉顆粒。碳粉顆粒隨著氣相物質(zhì)輸運到晶體表面，形成包裹體。碳粒子包裹體可成為微管道和螺旋位錯的起始點，形成更多的缺陷，嚴重影響碳化硅單晶體的質(zhì)量。因此，如何設(shè)計一種用于簡便、高效的降低碳化硅單晶生長過程中的碳粒子包裹體的裝置成為本領(lǐng)域亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中SiC單晶生長過程中存在的碳粒子包裹體密度較高的問題，設(shè)計并開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)簡便、并能高效降低碳粒子包裹體的裝置，降低碳化硅單晶體中的缺陷、提升晶體品質(zhì)。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

一種降低碳化硅單晶中碳粒子包裹體的裝置，其特征在于，包括：石墨坩堝、石墨板和抑制層，其中，所述坩堝為圓柱形，由上蓋和堝體組成，并通過螺紋連接；所述石墨板為圓環(huán)形，設(shè)置于所述石墨坩堝的內(nèi)腔中，并位于SiC粉料之上；所述抑制層設(shè)置于所述石墨坩堝底部、側(cè)部和頂部的內(nèi)壁上以及所述石墨板的表面，用于在碳化硅結(jié)晶過程中，抑制所述石墨坩堝和石墨板中碳粉的形成；并且，所述抑制層為金屬碳化物涂層，該涂層的熱膨脹系數(shù)與所述石墨板相同。

進一步的，所述抑制層的厚度大于50μm。

進一步的，所述金屬碳化物涂層是鉭、鉿、鈮、鈦、鋯、鎢和釩的碳化物中的一種或其混合物。

進一步的，所述金屬碳化物涂層的純度高于99.999%。

進一步的，所述石墨板的直徑為石墨坩堝內(nèi)徑的90-95%，內(nèi)徑為石墨坩堝內(nèi)徑的40-50%，厚度為2-5mm。

進一步的，所述石墨板的純度高于99.999%。

本發(fā)明的有益效果在于：所述裝置中，在石墨坩堝內(nèi)壁涂覆金屬碳化物，可以使其浸入到石墨孔隙中，從而使Si以一個更為均勻的方式侵蝕石墨，因而抑制了碳粉的形成；此外，采用涂覆金屬碳化物的石墨板，可以使邊部粉料產(chǎn)生的碳粉經(jīng)過中間結(jié)晶區(qū)的孔道進行過濾，減少碳粉直接向上輸運，降低晶體中碳粒子包裹體的形成幾率。

附圖說明

圖1為本實用新型降低碳化硅單晶中碳粒子包裹體的裝置的結(jié)構(gòu)圖。

其中，1、石墨坩堝 2、石墨板 3、抑制層 4、上蓋 5、堝體 6、碳化硅原料。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。實施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進行。

根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型提供了一種降低碳化硅單晶中碳粒子包裹體的裝置，用于抑制SiC單晶生長過程中碳粒子包裹體的形成和傳輸，圖1為該降低碳化硅單晶中碳粒子包裹體的裝置的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，包括：石墨坩堝1、石墨板2和抑制層3，其中，所述坩堝為圓柱形，由上蓋4和堝體5組成，并通過螺紋連接；所述石墨板為圓環(huán)形，設(shè)置于所述石墨坩堝的內(nèi)腔中，并位于SiC粉料6之上；所述抑制層設(shè)置于所述石墨坩堝底部、側(cè)部和頂部的內(nèi)壁上以及所述石墨板的表面，用于在碳化硅結(jié)晶過程中，抑制所述石墨坩堝和石墨板中碳粉的形成。由此，利用石墨坩堝內(nèi)壁以及圓環(huán)形石墨板表面上設(shè)置的抑制層，抑制了碳粉的形成，并且在結(jié)晶過程中進行過濾，減少碳粉直接向上輸運，降低晶體中碳粒子包裹體的形成幾率。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，抑制層的材質(zhì)和厚度不受特別限制，在本實用新型的一些實施例中，所述抑制層為金屬碳化物涂層，且厚度大于50μm，涂覆在坩堝內(nèi)壁及石墨板表面，該涂層的熱膨脹系數(shù)與所述石墨板相同。此外，優(yōu)選的金屬碳化物涂層是高純材料，純度高于99.999%，優(yōu)選的金屬碳化物涂層，可以是鉭、鉿、鈮、鈦、鋯、鎢和釩的碳化物或者以上碳化物組成的混合物。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，石墨板的材質(zhì)和厚度不受特別限制，所述石墨板為圓環(huán)形，其直徑為石墨坩堝內(nèi)徑的90-95%，內(nèi)徑為石墨坩堝內(nèi)徑的40-50%，厚度為2-5mm；所述石墨板為高純材料，純度高于99.999%。

在實際的生產(chǎn)過程中，該裝置具體的工作方式如下：

1）將厚度大于50μm的抑制層設(shè)置于石墨坩堝底部、側(cè)部和頂部的內(nèi)壁以及圓環(huán)形石墨板的表面。

2）將碳化硅原料放入坩堝底部，將石墨板置于粉料之上，之后依次安裝碳化硅單晶籽晶和石墨坩堝上蓋。

3）將安裝完畢的坩堝置于傳統(tǒng)的生長室中，通過感應(yīng)線圈對生長室進行加熱，使坩堝內(nèi)部溫度達到2000℃以上，碳化硅單晶籽晶逐漸生長為碳化硅單晶體，其中，所述的生長碳化硅晶體，其晶體結(jié)構(gòu)為2H、4H、6H、3C或15R多形體中的某種結(jié)構(gòu)。

綜上所述本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單，并能利用石墨坩堝底部、側(cè)部和頂部的內(nèi)壁以及圓環(huán)形石墨板表面的金屬碳化物涂層來抑制碳粉的形成，以及減少碳粉直接向上輸運，從而高效降低碳粒子包裹體的裝置，降低碳化硅單晶體中的缺陷、提升晶體品質(zhì)。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)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觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、 或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個 或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。