本實(shí)用新型屬于晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，涉及一種制備SiC單晶的坩堝結(jié)構(gòu)，具體涉及一種提高SiC單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性及制備效率的坩堝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料的一員，相對(duì)于常見(jiàn)Si和GaAs等半導(dǎo)體材料，碳化硅材料具有禁帶寬度大、載流子飽和遷移速度高，熱導(dǎo)率高、臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)高等諸多優(yōu)異的性質(zhì)?；谶@些優(yōu)良的特性，碳化硅材料是制備高溫電子器件、高頻、大功率器件更為理想的材料。特別是在極端條件和惡劣條件下應(yīng)用時(shí)，SiC器件的特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了Si器件和GaAs器件。同時(shí)SiC另一種寬禁帶半導(dǎo)體材料GaN 最好的襯底材料，使用SiC襯底制備的GaN基白光LED發(fā)光效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的Si及藍(lán)寶石襯底。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于碳化硅單晶制備存在下述的申請(qǐng)，公開(kāi)號(hào)為CN 102308031 A的發(fā)明公開(kāi)了碳化硅單晶制造用坩堝、以及碳化硅單晶的制造裝置和制造方法，其應(yīng)用于晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，并且其結(jié)構(gòu)為坩堝結(jié)構(gòu)，具體的機(jī)構(gòu)中，公開(kāi)了坩堝、安裝有籽晶的坩堝蓋、螺紋部以及絕熱件，所述坩堝容器內(nèi)的碳化硅原料升華，對(duì)籽晶上供給碳化硅的升華氣體，在該籽晶上使碳化硅單晶生長(zhǎng)，并設(shè)有通過(guò)這些螺紋部的相對(duì)旋轉(zhuǎn)而能夠調(diào)節(jié)流量的升華氣體排出槽，使結(jié)晶性良好的碳化硅單晶塊以較高的合格率穩(wěn)定的成長(zhǎng)。但其單晶的生長(zhǎng)速率和籽晶處的溫度場(chǎng)受到粉料與籽晶間距的影響，通常間距越大單晶生長(zhǎng)速率越慢，隨著生長(zhǎng)的進(jìn)行，粉料與籽晶間距不斷減小，籽晶處的溫度場(chǎng)及生長(zhǎng)速率不斷變化，導(dǎo)致了生長(zhǎng)穩(wěn)定性下降，單晶中易出現(xiàn)多型增殖等缺陷，單晶的最大厚度受到粉料和籽晶初始距離的限制，初始位置受生長(zhǎng)速率的要求無(wú)法無(wú)限制增大，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)厚單晶的制備，限制了單晶制備效率。

因此，碳化硅晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，如何設(shè)計(jì)一種效率高、成本低、提高碳化硅單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)厚單晶制備成為本領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高SiC單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性及制備效率的坩堝結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸和螺紋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)坩堝上蓋的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)原料與籽晶距離的調(diào)整，提高了SiC單晶生長(zhǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)規(guī)避了傳統(tǒng)坩堝結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)厚單晶制備的缺陷，大幅提高SiC單晶制備效率。

為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種提高SiC單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性及制備效率的坩堝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：石墨坩堝（1）、石墨上蓋（2）、旋轉(zhuǎn)軸（3）、螺紋（4）、測(cè)溫孔（5）、石墨保溫層（6）、籽晶（7）以及粉料（8），其中，所述的石墨坩堝（1）的上部與石墨上蓋（2）通過(guò)所述石墨坩堝（1）內(nèi)壁上設(shè)置的所述螺紋（4）進(jìn)行連接；

所述石墨坩堝（1）的底面和側(cè)面被石墨保溫層（6）覆蓋，所述的石墨上蓋（2）下表面固定有所述籽晶（7），所述粉料（8）位于石墨坩堝1底部；

所述旋轉(zhuǎn)軸（3）位于所述石墨上蓋（2）的上部，所述旋轉(zhuǎn)軸（3）為中空結(jié)構(gòu)，中空的腔體形成所述的測(cè)溫孔（5），所述旋轉(zhuǎn)軸(3)與所述石墨上蓋(2)的上表面固定連接，用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸(3)帶動(dòng)石墨上蓋(2)與石墨坩堝(1)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使坩堝上蓋(2)相對(duì)石墨坩堝(1)向上移動(dòng)，保持籽晶(7)的下表面與粉料(8)的間距保持不變。

進(jìn)一步的，所述石墨坩堝（1）的上部設(shè)有石墨保溫層（6），所述旋轉(zhuǎn)軸（3）穿過(guò)所述石墨保溫層（6）并向上延伸。

進(jìn)一步的，所述的旋轉(zhuǎn)軸（3），其為石墨材料制作，中空孔為10-100mm。

進(jìn)一步的，所述的石墨上蓋（2）下表面采用機(jī)械固定或粘接的方式固定有所述籽晶（7）。

進(jìn)一步的，所述的測(cè)溫孔（5），其為旋轉(zhuǎn)軸的中空孔，用于測(cè)量單晶生長(zhǎng)時(shí)上蓋溫度。

進(jìn)一步的，所述的螺紋（4）的螺距為0.2-10mm。

進(jìn)一步的，所述的石墨坩堝（1）和坩堝上蓋（2）的內(nèi)徑為所述籽晶直徑的1.1-5倍，且均為石墨材料或帶有保護(hù)性涂層的石墨材料。

進(jìn)一步的，所述的石墨坩堝（1）的坩堝壁厚度為5-40mm。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

能夠?qū)崿F(xiàn)在生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)坩堝上蓋的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)原料與籽晶距離的調(diào)整，提高了SiC單晶生長(zhǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)規(guī)避了傳統(tǒng)坩堝結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)厚單晶制備的缺陷，大幅提高SiC單晶制備效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型提高SiC單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性及制備效率的坩堝結(jié)構(gòu)圖。

其中，1、石墨坩堝 2、石墨上蓋 3、旋轉(zhuǎn)軸 4、螺紋 5、測(cè)溫孔 6、石墨保溫層 7、籽晶 8、粉料。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供了一種提高SiC單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性及制備效率的坩堝結(jié)構(gòu)，圖1為本實(shí)用新型提高SiC單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性及制備效率的坩堝結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示,包括：石墨坩堝1、石墨上蓋2、旋轉(zhuǎn)軸3、螺紋4、測(cè)溫孔5、石墨保溫層6、籽晶7以及粉料8，其中，所述的石墨坩堝1的上部與石墨上蓋2通過(guò)所述石墨坩堝1內(nèi)壁上設(shè)置的所述螺紋4進(jìn)行連接；

所述石墨坩堝1的底面和側(cè)面被石墨保溫層6覆蓋，所述的石墨上蓋2下表面固定有所述籽晶7，所述粉料8位于石墨坩堝1底部；

所述旋轉(zhuǎn)軸3位于所述石墨上蓋2的上部，所述旋轉(zhuǎn)軸3為中空結(jié)構(gòu)，中空的腔體形成所述的測(cè)溫孔5，所述旋轉(zhuǎn)軸3與所述石墨上蓋2的上表面固定連接，用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸3帶動(dòng)石墨上蓋2與石墨坩堝1發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使坩堝上蓋2相對(duì)石墨坩堝1向上移動(dòng)，保持籽晶7的下表面與粉料8的間距保持不變。

由此，本實(shí)用新型的坩堝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在生長(zhǎng)過(guò)程中保持原料與籽晶距離的穩(wěn)定，提高了SiC單晶生長(zhǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)規(guī)避了傳統(tǒng)坩堝結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)厚單晶制備的缺陷，大幅提高SiC單晶制備效率。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，所述石墨坩堝1的上部設(shè)有石墨保溫層6，所述旋轉(zhuǎn)軸3穿過(guò)所述石墨保溫層6并向上延伸，本實(shí)用新型中的石墨保溫6，其材料不受特別限制，只要能夠用于維持坩堝內(nèi)的溫度即可。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，所述旋轉(zhuǎn)軸3的材質(zhì)和尺寸不受特別限制，本實(shí)用新型優(yōu)選的一些實(shí)施例中，其材料為石墨，形成的中空孔為10-100mm。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，所述的石墨上蓋與籽晶的固定方式不受特別限制，只要牢固即可，本實(shí)用新型優(yōu)選的一些實(shí)施例中，采用的方式為機(jī)械固定或粘接。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，所述測(cè)溫孔5，其縱向長(zhǎng)度不受特別限制，只要能測(cè)量單晶生長(zhǎng)時(shí)上蓋的溫度即可。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，所述的螺紋4，其縱向長(zhǎng)度不受特別限制，本實(shí)用新型的優(yōu)選的一些實(shí)施例中，螺紋螺距為0.2-10mm。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，所述的石墨坩堝2與坩堝上蓋1，其材料為石墨材料或帶有保護(hù)性涂層的石墨材料，其內(nèi)徑長(zhǎng)度不受特別限制，本實(shí)用新型的優(yōu)選的一些實(shí)施例中，其內(nèi)徑為籽晶直徑的1.1-5倍。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，所述的石墨坩堝1，其坩堝壁厚度在5-40mm之間。

本實(shí)用新型所述的坩堝結(jié)構(gòu)在實(shí)際的SiC單晶生長(zhǎng)過(guò)程中的使用方法如下：

將粉料置于坩堝底部，將籽晶固定于坩堝上蓋上，并根據(jù)所需籽晶-粉料距離將坩堝上蓋旋入石墨坩堝中，將旋轉(zhuǎn)軸與單晶爐的頂部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，當(dāng)生長(zhǎng)開(kāi)始后，根據(jù)單晶生長(zhǎng)速度，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)石墨上蓋與石墨坩堝發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使坩堝上蓋以一定的速度相對(duì)石墨坩堝向上移動(dòng)，保持籽晶與粉料間距。

綜上所述本實(shí)用新型的一種提高SiC單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性及制備效率的坩堝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了在SiC單晶生長(zhǎng)過(guò)程中保持原料與籽晶距離的穩(wěn)定，提高了SiC單晶生長(zhǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)規(guī)避了傳統(tǒng)坩堝結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)厚單晶制備的缺陷，大幅提高SiC單晶制備效率。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的一種提高SiC單晶生長(zhǎng)穩(wěn)定性及制備效率的坩堝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本申請(qǐng)的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請(qǐng)的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本申請(qǐng)的限制。