[实用新型]一种物理气相输运法生长碳化硅单晶用石墨坩埚

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种石墨坩埚，主要应用于物理气相输运法(PVT)生长碳化硅单晶。

背景技术

碳化硅是一种宽带隙半导体。与其他半导体如硅、砷化镓相比，碳化硅晶体具有宽禁带、高击穿临界场强、高热导率、低介电常数、高电子迁移率、抗辐射、结实耐磨损等特性，是制作高频、大功率、耐高温和抗辐射器件的理想材料。

目前物理气相输运(PVT)法在SiC晶体生长方面被普遍采用，而且研究人员也用此方法生长出了商用SiC晶片。PVT法的主要特征是在坩埚顶部加设籽晶，使得成核生长过程能够得到控制，其温度从1800℃到2600℃。该方法的过程可概括为：将籽晶固定在坩埚顶部，在坩埚底部放入一定量的粉料，在一定气压条件下对坩埚进行加热，使坩埚内部温场达到要求，坩埚底部粉料在高温下分解或反应生成晶体生长的气体组分，最终这些气体组分在温度梯度的作用下被输运到坩埚顶部籽晶表面处并沉积生长得到SiC晶体。

SiC晶体生长时，坩埚中从粉料到籽晶之间温度逐渐降低，形成一定的温度梯度，由于温度梯度的存在，使得坩埚中从源到晶种之间气体分子的浓度不同，即温度梯度决定了浓度梯度。温度梯度和浓度梯度的微小波动是缺陷形成的主要原因之一，当籽晶上存在温度、浓度的差异时，生长的晶体会产生微管、位错、夹杂等缺陷。减小籽晶与粉料之间的距离，在接近平衡态的条件下生长碳化硅单晶，可以降低温度和浓度梯度波动发生的几率，从而提高晶体的质量。

采用物理气相输运法生长碳化硅单晶的设备需要采用石墨坩埚作为容器以承受2300℃高温的环境。通常，石墨坩埚的顶盖在实验中与坩埚本身没有相对运动，所以当减小籽晶与粉料之间的距离以提高碳化硅的质量时，碳化硅的产率会大大降低，而当增大籽晶与粉料之间的距离以提高碳化硅的产率时，碳化硅的质量会大大降低。

实用新型内容

针对现有石墨坩埚结构在实验中的局限性，本实用新型的目的在于提供一种物理气相输运法生长碳化硅单晶用石墨坩埚，通过对其结构进行改进，以实现碳化硅近距离平衡态生长，提高碳化硅晶体的质量；同时实现生长过程碳化硅晶体的提拉，提高碳化硅的产率。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种物理气相输运法生长碳化硅单晶用石墨坩埚，包括坩埚体和顶盖，该坩埚体内壁圆周上设有平台，该平台上设有导流锥，该导流锥为圆台状的筒体，其顶部尺寸与顶盖上籽晶片的尺寸相匹配；所述顶盖上设有提拉装置。

所述提拉装置包括提拉盘和提拉轴，该提拉盘与提拉轴之间螺纹连接，该提拉盘的下部与顶盖螺纹连接。

所述顶盖的形状与所述导流锥的形状互补，其内椎锥面的斜率大于或等于所述导流锥锥面的斜率。

所述顶盖的上表面设有凹槽，该凹槽的位置与顶盖上籽晶片的位置相对应。

所述提拉盘在中心位置上设有通孔。

所述顶盖的外柱面与坩埚体内壁之间的距离为1-3mm。

所述导流锥设置在坩埚体的中上部，其高度略低于所述平台至坩埚顶部的距离。

所述坩埚体的壁厚为5-15mm，所述导流锥的壁厚为3-5mm。

所述平台的宽度为3-7mm，优选为5mm。

本实用新型的优点在于：

本实用新型的石墨坩埚，在坩埚体内设置导流锥，导流锥将高温下碳化硅气体束集到籽晶表面，顶盖内锥与导流锥形成互补的形状减轻了气体的逸散，从而实现碳化硅近距离平衡态生长，提高碳化硅晶体的质量。该石墨坩埚的顶盖上部设置的提拉盘，在实验结束后，只需更换顶盖便可以再次做实验，其余部件可以重复使用，进一步提高了碳化硅的产率。

附图说明

图1为本实用新型的剖面结构示意图。

图2为本实用新型的俯视图。

图3为本实用新型顶盖的结构示意图。

图4为本实用新型顶盖的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1、2所示，本实用新型的石墨坩埚，包括坩埚体1、顶盖4、导流锥5、以及由提拉盘3和提拉轴2组成的提拉装置。导流锥5为圆台状的筒体结构，设置在坩埚体1内，可以沿着坩埚体的内壁圆周上开设出平台，将导流锥放置在该平台上，其顶部尺寸与顶盖上籽晶片的尺寸相匹配；该提拉盘3与提拉轴2之间螺纹连接，该提拉盘3的下部与顶盖4螺纹连接，从而组合成一个整体的提拉结构。碳化硅粉料7放在坩埚体1内，当加热到高温，碳化硅粉料挥发形成气体在导流锥5的束集作用下流动到籽晶片6表面。