[发明专利]一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置

说明书

本申请提供了一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，包括石墨筒和石墨板，其中，石墨筒为中空的筒形结构，用于放置在坩埚的底部；石墨筒的中轴线与坩埚的中轴线重合或近似重合；石墨板用于插置在石墨筒中。利用石墨筒和石墨板，将坩埚的装料区间隔为三个或三个以上的子装料区。通过石墨筒和石墨板的热传导作用，不仅可以减小原料内部径向温度梯度，并且可以阻挡外侧原料向中心传输，从而迫使原料向位于坩埚上部的籽晶处传输，进而可以提高原料传输效率。原料传输效率的提高意味着可以在相同的轴向温度梯度下提高生长速率，从而提高产率，另一方面意味着可以在较小的轴向温度梯下维持相同的生长速率，进而有助于提高碳化硅晶体质量。

技术领域

本申请涉及于半导体材料制备技术领域，尤其涉及一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体材料的代表，由于其具有带隙大、热导率高、临界击穿场强高、饱和电子漂移速率高等特点，使其在电力传输、轨道交通、电动汽车、5G通信等领域都有巨大应用潜力。

目前较成熟的生长碳化硅晶体的方法是物理气相传输法(PVT法)，相比于高温化学气相沉积法(HTCVD法)和液相法生长碳化硅晶体，PVT法原理简单、设备成本低、可批量生产。PVT法生长碳化硅的热场原理如图1所示，该方法主要包含三个步骤：SiC源的升华、升华物质的运输、籽晶表面反应和结晶。准密闭的坩埚30采用感应线圈10(或电阻)加热，将作为生长源的固态碳化硅多晶粉料40置于温度较高的坩埚底部，籽晶20固定在温度较低的坩埚顶部。在低压高温下，碳化硅多晶粉料40升华且分解产生气态物质，碳化硅多晶粉料40与籽晶20之间存在轴向温度梯度，因而会形成浓度梯度，这些气态物质被输运到低温的籽晶位置，形成过饱和，晶体在籽晶处开始长大。

在上述PVT法生长碳化硅晶体过程中，现有技术经常通过增大轴向温度梯度来提高原料传输效率，以提高晶体生长速率。但在较大的轴向温度梯度下生长碳化硅晶体时，会使晶体内部产生较大的应力，应力的存在使晶体容易开裂，影响成品率；并且，应力会使晶体内部位错密度升高，影响晶体质量。

发明内容

为了在较小的轴向温度梯度下提高碳化硅晶体生长速率，本申请提供一种PVT法生长碳化硅晶体时提高原料传输效率的装置。

本申请实施例提供的用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，包括石墨筒和石墨板，其中：

所述石墨筒为中空的筒形结构，用于放置在坩埚的底部；所述石墨筒的中轴线与所述坩埚的中轴线重合或近似重合；

所述石墨板用于插置在所述石墨筒中；

利用所述石墨筒和石墨板，将所述坩埚的装料区间隔为三个或三个以上的子装料区。

可选地，所述装置包括第一石墨筒、一个石墨板，其中：

所述石墨板将所述第一石墨筒中的原料间隔为第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域的原料重量相等或近似相等。

可选地，在所述坩埚和所述第一石墨筒之间还设置有第二石墨筒，所述第一石墨筒和第二石墨筒同心或近似同心设置。

可选地，所述第一石墨筒和坩埚均为圆筒形结构，所述第一石墨筒的内径为所述坩埚内径的6/10～7/10。

可选地，所述第一石墨筒、第二石墨筒和坩埚均为圆筒形结构，所述第一石墨筒的内径为所述坩埚内径的2/5～3/5，所述第一石墨筒的内径为所述坩埚内径的5/8～7/8。

可选地，各所述子装料区中所装原料的高度相同或近似形同。

可选地，所述石墨筒的壁厚为2～5㎜。

可选地，所述石墨筒的高度为所述坩埚高度的2/5～3/5。

可选地，所述石墨板的厚度为2～5㎜。