[实用新型]用于深度去除高纯碳化硅粉体中杂质元素的装置

说明书

用于深度去除高纯碳化硅粉体中杂质元素的装置，涉及碳化硅半导体用高纯碳化硅（5N+）的深度提纯技术装备。在石英管内腔设置坩埚，在远离观察甁的石英管端通过管道连接HCl供料装置，在石英管外部设置加热层；在喷淋装置内设置填料隔置层，在喷淋装置外布置碱液循环泵，碱液循环泵的出液口和进液口分别与喷淋装置的上、下端相连通。本实用新型结构简单、操作方便，可实现去除碳化硅粉体中硼、铝、钛、铁、钒等杂质元素，达到碳化硅高纯至5～6N的目的。

技术领域

本实用新型涉及高纯硅源/碳源得到的高纯硅和高纯碳高温合成法生产高纯碳化硅的工业化生产技术领域，特别是碳化硅半导体用高纯碳化硅（5N+）的深度提纯技术装备。

背景技术

碳化硅半导体是新三代宽禁带半导体。目前大多数的半导体材料都是单晶硅，而单晶碳化硅比单晶硅具有很多优越的物理特性，例如大约10倍的电场强度、大约高3倍的热导率、大约宽3倍禁带宽度、大约高一倍的饱和漂移速度，而且碳化硅材料对电力的能耗极低，使其成为远优于单晶硅的21世纪理想半导体材料，成为全球半导体产业的前沿制高点。

因为这些特点，用SiC制作的器件可以用于极端的环境条件下，微波及高频和短波长器件是目前已经成熟的应用市场。而在军用相控阵雷达、通信广播系统中，用SiC做为衬底的高亮度蓝光LED则是全彩色大面积显示屏的关键器件。

作为新兴的战略先导产业，碳化硅是发展第3代半导体产业的关键基础材料，世界发达国家均积极投入研发与产业化发展。

我国第三代半导体晶圆生产企业已形成了一定的国际竞争力。但作为原材料的高纯SiC粉体的制备工艺条件极其苛刻，硬件和检测分析要求高，而目前的瓶颈是如何生产5～6N（纯度为99.9999％）的SiC原材料。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种可降低高纯碳化硅粉体中的硼、铝、铁、钛、钒等杂质元素、提高碳化硅粉体纯度的装置。

本实用新型包括依次连通的石英管、观察甁和喷淋装置；在石英管内腔设置坩埚，在远离观察甁的石英管端通过管道连接HCl供料装置，在石英管外部设置加热层；在喷淋装置内设置填料隔置层，在喷淋装置外布置碱液循环泵，碱液循环泵的出液口和进液口分别与喷淋装置的上、下端相连通。

生产时，在观察甁和喷淋装置中分别加入适量的碱液，并在喷淋装置的填料隔置层中投放填料，并使碱液的液面低于填料隔置层最下端，将连接在石英管出端的出料管伸入观察甁的碱液液面下方，将观察甁出料端的出料管的一端高于观察甁的碱液液面上方，另一端伸入喷淋装置的碱液液面下方，并且碱液循环泵的进液口位于喷淋装置的喷淋口位于填料的最上端。向坩埚内提供碳化硅粉，并开启HCl供料装置向石英管内通入HCl高纯气体。本装置的工作原理：利用硼、铝、铁、钛、钒在一定温度下与HCl气体生成低沸点的氯化物而蒸发掉，从而降低高纯碳化硅粉体中的硼、铝、铁、钛、钒等杂质元素的含量。

本实用新型结构简单、操作方便，可实现去除碳化硅粉体中硼、铝、钛、铁、钒等杂质元素，达到碳化硅高纯至5～6N（纯度为99.9999％）的目的。

进一步地，本实用新型还在上述石英管端和HCl供料装置之间的管道上串接调节阀和流量表。用于控制和在线了解HCl流量，以提高提纯效率。

上述加热层为布置在石英管外部的加热套管和布置在加热套管外的保温层。通过加热套管的加热和保温层的保温，达到生产所需的温度和均匀度的要求，同时也达到节能的效果。

另外，本实用新型还在石英管内腔设置两组阻流器，其中一组设置在石英管的连接HCl供料装置的端部与坩埚之间的石英管内通道上，另一组设置在石英管的连接观察甁与坩埚之间的石英管内通道上；各组阻流器由石英板及若干石英管组成，石英板上开设孔洞，在各孔洞上穿置并固定石英管。