本技術(shù)涉及碳化硅,具體為一種碳化硅生長的微波輔助加熱裝置。
背景技術(shù):
1、碳化硅是一種具抗輻射能力強、高熱導(dǎo)率、高臨界電場和高飽和遷移率的第三代半導(dǎo)體材料,在功率器件領(lǐng)域極具優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、鐵路交通及電力系統(tǒng)等領(lǐng)域。
2、目前行業(yè)較為成熟的碳化硅晶體生長方法為物理氣相傳輸法(pvt),其原理是利用一定的溫度梯度設(shè)置,使碳化硅粉料高溫下升華分解,氣相組分在溫度梯度的作用下輸運到位于上方低溫區(qū)的籽晶上沉積結(jié)晶,由于碳化硅晶體的生長溫度在2300℃以上,生長條件嚴(yán)苛、長晶速度慢,對溫度和壓力的控制要求高;此外,碳化硅有250多種晶型,而商業(yè)中常用的襯底類型一般為4h-sic、6h-sic、3c-sic,這幾種晶型生長溫度接近,生長過程中容易出多型缺陷,因此碳化硅晶體生長對軸向和徑向的溫度梯度要求很高。
3、pvt法常用的加熱方式有兩種,中頻電磁線圈感應(yīng)加熱和石墨加熱器電阻加熱,感應(yīng)線圈加熱因加熱效率高、升溫速度快成為主流加熱方法;電阻加熱則因其控溫精度高而逐漸在大尺寸晶體生長中嶄露頭角。
4、但這兩加熱方式都是優(yōu)先加熱坩堝表面,繼而熱量再傳導(dǎo)給內(nèi)部的原料,因此會造成靠近坩堝壁的粉料溫度高于中心處粉料的溫度,粉料內(nèi)部的徑向溫度梯度較大,電阻加熱雖然可以在一定程度上對徑向溫度進行優(yōu)化,但無法從根本上解決,這個問題尤其在生長大尺寸晶體時表現(xiàn)得更為明顯,隨坩堝直徑增加原料的徑向溫度梯度進一步增大,使得四周高溫區(qū)的原料碳化嚴(yán)重,升華的氣體容易在粉料中心的低溫區(qū)沉積形成多晶,進而阻礙氣相組分的揮發(fā),影響單晶結(jié)晶質(zhì)量的一致性,且容易造成包裹、微管和型變等缺陷,同時造成原料利用率下降。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本實用新型的目的在于提供一種碳化硅生長的微波輔助加熱裝置,具備能夠引入微波加熱方式,利用碳化硅吸收微波能力強的特性,可以從內(nèi)部被微波加熱,使碳化硅粉料從內(nèi)部升溫,進而減小粉料的徑向溫度梯度,優(yōu)化其溫度分布均勻性的優(yōu)點。
2、為實現(xiàn)上述目的,本實用新型提供如下技術(shù)方案:一種碳化硅生長的微波輔助加熱裝置,包括工作臺和碳化硅晶體,所述工作臺頂部的中端固定連接有防護罩,所述防護罩的內(nèi)腔固定安裝有中頻感應(yīng)線圈,所述防護罩內(nèi)腔的底部放置有坩堝桶主體,所述坩堝桶主體內(nèi)腔的底部放置有碳化硅粉料,所述坩堝桶主體內(nèi)腔的中端與碳化硅粉料的頂部之間放置有多孔石墨板,所述坩堝桶主體右側(cè)的下端固定連接有波導(dǎo)管,所述波導(dǎo)管的下端固定安裝有微波裝置。
3、作為優(yōu)選方案,所述坩堝桶主體包括基層,所述基層的內(nèi)表面涂覆有高溫金屬涂層。
4、作為優(yōu)選方案,所述坩堝桶主體的頂部放置有坩堝蓋,所述坩堝蓋的頂部固定連接有提手,所述碳化硅晶體的頂部固定連接于坩堝蓋的底部。
5、作為優(yōu)選方案,所述防護罩頂部的四周均活動連接有導(dǎo)向滾珠,所述導(dǎo)向滾珠的表面活動連接于坩堝桶主體外表面的上端,所述防護罩的外表面套設(shè)有隔熱套。
6、作為優(yōu)選方案,所述工作臺底部的四周均固定連接有立柱,四個所述立柱的底部之間固定連接有底板,所述微波裝置的底部放置于底板頂部的中端。
7、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型的有益效果如下:
8、1、本實用新型通過微波裝置和中頻感應(yīng)線圈的設(shè)置,能夠分別由坩堝桶主體的外部和內(nèi)部對碳化硅粉料進行加熱,提高了碳化硅粉料內(nèi)部的溫度分布均勻性,減小了徑向溫度梯度,一方面提高了碳化硅粉料揮發(fā)和氣相組分的一致性,有利于長晶品質(zhì)的提升,另一方面可以減少因徑向溫度梯度導(dǎo)致的碳化硅粉料中心表面結(jié)晶,提高了粉料的利用率,而且微波裝置可以調(diào)節(jié)發(fā)射微波的頻率,對加熱效果進行調(diào)控,可以有效優(yōu)化熱場工藝,進一步提升長晶質(zhì)量。
9、2、本實用新型通過高溫金屬涂層的設(shè)置,一方面有效的防止操作過程中坩堝桶主體的內(nèi)部發(fā)生微波泄漏,同時使微波在坩堝桶主體的內(nèi)部被完全反射或吸收,另一方面可以保護坩堝桶主體的內(nèi)部不被石墨化,減少氣相組分中的碳顆粒,也可以提升晶體生長的質(zhì)量,通過坩堝蓋的設(shè)置,便于對坩堝桶主體的頂部進行防護,通過導(dǎo)向滾珠的設(shè)置,能夠?qū)釄逋爸黧w上端的四周進行有效的支撐導(dǎo)向,保證了坩堝桶主體能夠準(zhǔn)確的放入至中頻感應(yīng)線圈的中心區(qū)域,通過工作臺、立柱和底板的設(shè)置,達(dá)到了對微波裝置和防護罩進行支撐的目的。
1.一種碳化硅生長的微波輔助加熱裝置,包括工作臺(1)和碳化硅晶體(10),其特征在于:所述工作臺(1)頂部的中端固定連接有防護罩(6),所述防護罩(6)的內(nèi)腔固定安裝有中頻感應(yīng)線圈(14),所述防護罩(6)內(nèi)腔的底部放置有坩堝桶主體(11),所述坩堝桶主體(11)內(nèi)腔的底部放置有碳化硅粉料(15),所述坩堝桶主體(11)內(nèi)腔的中端與碳化硅粉料(15)的頂部之間放置有多孔石墨板(13),所述坩堝桶主體(11)右側(cè)的下端固定連接有波導(dǎo)管(5),所述波導(dǎo)管(5)的下端固定安裝有微波裝置(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅生長的微波輔助加熱裝置,其特征在于:所述坩堝桶主體(11)包括基層(111),所述基層(111)的內(nèi)表面涂覆有高溫金屬涂層(112)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅生長的微波輔助加熱裝置,其特征在于:所述坩堝桶主體(11)的頂部放置有坩堝蓋(8),所述坩堝蓋(8)的頂部固定連接有提手(9),所述碳化硅晶體(10)的頂部固定連接于坩堝蓋(8)的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅生長的微波輔助加熱裝置,其特征在于:所述防護罩(6)頂部的四周均活動連接有導(dǎo)向滾珠(12),所述導(dǎo)向滾珠(12)的表面活動連接于坩堝桶主體(11)外表面的上端,所述防護罩(6)的外表面套設(shè)有隔熱套(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅生長的微波輔助加熱裝置,其特征在于:所述工作臺(1)底部的四周均固定連接有立柱(4),四個所述立柱(4)的底部之間固定連接有底板(2),所述微波裝置(3)的底部放置于底板(2)頂部的中端。