[实用新型]大尺寸碳化硅晶体生长装置

说明书

本实用新型提供一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，包括真空腔室、感应线圈和坩埚；真空腔室位于感应线圈内的中央位置；坩埚位于真空腔室中心位置；坩埚包括坩埚体和坩埚上盖，坩埚上盖盖合于坩埚体顶部；坩埚上盖下方设置有上盖籽晶托；感应线圈用于加热坩埚，感应线圈在碳化硅晶体生长过程中根据碳化硅粉料量的变化控制坩埚纵向上的温度梯度。通过可根据碳化硅粉料量的变化控制坩埚纵向上的温度梯度的感应线圈的设置，实现碳化硅粉料和籽晶之间温度梯度的控制，有助于降低碳化硅晶体的内应力、减少碳化硅晶体的缺陷、提高碳化硅晶体质量及生产效率，实现大尺寸、高有效厚度的碳化硅晶体的生长。

技术领域

本实用新型涉及晶体生长设备技术领域，尤其涉及一种大尺寸碳化硅晶体生长装置。

背景技术

第三代半导体材料碳化硅晶体也被称为宽禁带半导体，主要具有以下优点：1.高禁带宽度，2.高击穿场强，3.高饱和电子漂移速率，4.高热导率。

因此，在高电压、高功率、高频率及高温场景应用中具有显著优势，主要应用于功率半导体器件、微波射频高频器件。SiC器件在节能降耗方面有显著的优势，可以提高太阳能和风力发电转换效率10％以上，降低高铁能耗20％左右，延长新能源汽车里程10％-20％以上，还可以减少功率模块的体积、重量，满足电力传输、轨道交通、新能源汽车、通信、现代国防武器装备等重大战略领域对高性能、大功率器件的迫切需求。因此，SiC器件被誉为带动“新能源革命”的绿色器件。

比较成熟的碳化硅晶体生长技术为物理气相传输(PVT)法。PVT法使用中频电源为感应线圈供电，感应线圈在中频交变电流作用下，周围产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使置于感应线圈中的高密度石墨坩埚表层产生封闭的感应电流即涡流，石墨坩埚表面在涡流作用下产生的高密度电流的电能转变为热能，使坩埚表层温度升高，并向坩埚内部传导，加热置于坩埚底部的碳化硅原料，并通过热辐射加热石墨坩埚内部的气体，包括碳化硅原料升华、分解产生的Si、SiC、Si₂C、SiC₂等气相组分。碳化硅籽晶置于坩埚顶部，处于相对低温区，碳化硅粉料置于高温区。气相组分在温度梯度的驱动下向低温区传输，在碳化硅籽晶表面沉积生长为碳化硅晶体。(温度梯度是碳化硅晶体生长的驱动力。)

现有技术方案所使用的线圈排布均匀，碳化硅粉料位于加热线圈中，感应线圈产生的涡流直接加热碳化硅粉料所处区域的石墨坩埚，石墨坩埚通过热传导直接加热碳化硅粉料；籽晶位于加热线圈上部，主要通过石墨坩埚的热辐射被加热，籽晶处于相对的低温区。因此，籽晶与碳化硅粉料之间的温度梯度是由感应线圈与碳化硅粉料和籽晶的相对位置所决定的。在晶体生长过程中，碳化硅粉料不断被消耗，碳化硅粉料顶部与籽晶之间的高度差在不断变化，籽晶与碳化硅粉料之间的温度梯度也随之改变，碳化硅粉料升华后，碳化硅不能在籽晶处获得稳定的温度生长结晶，不利于大尺寸碳化硅晶体的生长。因此，有必要提供一种碳化硅生长装置，改变其热场结构设计，优化碳化硅粉料与籽晶之间的温度梯度，实现大尺寸、高有效厚度的碳化硅晶体的生长。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，以解决现有技术中碳化硅晶体生长装置不能满足生长大尺寸、高有效厚度的碳化硅晶体的问题。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，包括真空腔室、感应线圈和坩埚；真空腔室位于感应线圈内的中央位置；坩埚位于真空腔室中心位置；坩埚包括坩埚体和坩埚上盖，坩埚上盖盖合于坩埚体顶部；坩埚上盖下方设置有上盖籽晶托，上盖籽晶托位于坩埚体和坩埚上盖盖合的范围内，上盖籽晶托位于坩埚体的顶部；感应线圈用于加热坩埚，感应线圈在碳化硅晶体生长过程中根据碳化硅粉料量的变化控制坩埚纵向上的温度梯度。

进一步地，感应线圈为螺旋形感应线圈，螺旋形感应线圈各相邻两匝的间距从下到上逐渐增大。