[发明专利]一种晶体生长炉用保温装置

说明书

本发明涉及一种晶体生长炉用保温装置，所述保温装置包括卷绕包覆在晶体生长炉外的位于内侧的至少一层第一石墨碳毡和位于外侧的至少一层第二墨碳毡，以及夹所述第一石墨毡和第二石墨毡之间的至少一层石墨纸，沿所述晶体生长炉的纵轴方向，所述第二石墨毡的高度覆盖整个晶体的高度，所述至少一层石墨纸的高度从所述第二石墨碳毡的顶部延伸至晶体生长炉的顶盖下方10～20 mm处，所述第一石墨碳毡的高度大于等于所述至少一层石墨纸的高度，且小于等于所述第二石墨毡的高度。

技术领域

本发明涉及一种晶体生长炉用保温装置，具体涉及一种基于物理气相传输法生长碳化硅晶体的可循环利用的保温碳毡，属于保温碳毡材料领域。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高、介电常数低、化学稳定性好等优点，在高频、大功率、耐高温、抗辐照半导体器件及紫外探测器和短波发光二极管等方面具有广泛的应用前景。

目前，高质量SiC单晶的制备技术日趋成熟，但其成本过高仍制约着SiC晶体的广泛应用，因此，各国科研人员都通过制备更大尺寸的SiC晶体和节约其制备部件如石墨坩埚镀保护膜这两方面来努力实现SiC晶体成本的降低。行业内研究人员都知道，在碳化硅晶体生长中高纯保温材料也是非常昂贵的，比如西格里公司的石墨软碳毡，但其作为石墨材料，在超过2000摄氏度高温时容易与从籽晶盖四周溢出石墨坩埚的生长组分发生反应而被破坏。这不仅影响晶体生长时的保温效果，而且影响生长界面温度场的均匀性导致生长的晶体应力不均匀而使晶体开裂。且碳化硅(SiC)单晶体性能优异可广泛应用于制备高温、高频及大功率电子器件，然而目前物理气相传输(PVT)法制备低缺陷SiC单晶体成本仍然很高，这严重制约了该材料的普及应用，各国科研人员都持续努力降低SiC单晶体的制备成本，比如制备更大尺寸晶体、采用石墨保温硬毡从而实现多次使用以及石墨坩埚镀碳化钽(TaC)层实现重复使用等等技术。总的来说，目前碳化硅单晶体的应用成本过高，而碳化硅单晶尽管性能优异且制备比较成熟，但其价格昂贵，目前还很难广泛应用于一般领域。国内专利(CN204849112U和CN204210104U)尽管都公开了一种高温真空炉用石墨毡，其关键是通过粘结剂在碳毡中加入石墨纸，而粘结剂的加入将直接影响保温石墨毡的纯度，无法满足SiC单晶生长的高纯度要求，目前SiC单晶生长尤其高纯SiC晶体生长必须采用进口的高纯保温软碳毡才能符合无杂质污染要求。另外，专利(CN204849112U和CN204210104U)中都将石墨纸加入整个碳毡中，实现了径向和轴向温度梯度的同步减小，但在SiC单晶生长中轴向温梯和径向温梯随晶体生长厚度增加变化是不一样的，尤其轴向温度梯度随生长时间延长需要逐渐升高，因此，在整个石墨毡中加入石墨纸无法调控晶体生长的温度场，并不利于碳化硅晶体生长。SiC单晶生长在超过2000摄氏度高温条件下进行，即使采用上述两个专利所述的石墨毡，只能延缓但并不能阻止生长组分与石墨毡发生反应而出现边界被破坏的现象，而这将极大影响下一炉次SiC晶体生长的温度场，也将无法节约SiC晶体的制备成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种晶体生长炉用可替换式的保温装置，所述保温装置包括卷绕包覆在晶体生长保温筒外的位于内侧的至少一层第一石墨碳毡和位于外侧的至少一层第二石墨碳毡，以及夹所述第一石墨毡和第二石墨毡之间的至少一层石墨纸，沿所述晶体生长炉的纵轴方向，所述第二石墨毡的高度覆盖整个晶体的高度，所述至少一层石墨纸的高度从所述第二石墨碳毡的顶部延伸至晶体生长炉的顶盖下方10～20mm处，所述第一石墨碳毡的高度大于等于所述至少一层石墨纸的高度，且小于等于所述第二石墨毡的高度。