[发明专利]一种双温区独立控制的碳化硅单晶生长装置和生长方法

说明书

本发明提供了一种双温区独立控制的碳化硅单晶生长装置和生长方法，涉及晶体生长技术领域。本发明提供的碳化硅单晶生长装置，本发明采用上、下两个感应加热线圈，两个线圈分别连接第一电源和第二电源独立加热，分别连接第一线圈移动电机和第二线圈移动电机可以独立上下移动，利用上感应加热线圈和下感应加热线圈可以分别独立控制碳化硅籽晶处的温度场及碳化硅粉料处的温度场，保证生长过程中以及不同炉次之间温度及温度梯度的稳定性，提高SiC单晶生长的稳定性及重复性，解决了传统单感应线圈加热SiC单晶生长设备不能同时控制上下温度造成的温度梯度无法控制，晶体生长过程不能重复的缺点。

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，具体涉及一种双温区独立控制的碳化硅单晶生长装置和生长方法。

背景技术

SiC材料以其特有的大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高热导率等特性，成为制作高温、高频、大功率、抗辐照、短波发光及光电集成器件的理想材料。SiC材料独特的物理性能决定了其在人造卫星、火箭、雷达、通讯、战斗机、无干扰电子点火装置、喷气发动机传感器等重要领域的应用。因此各发达国家都投入了大量的人力物力进行相关技术研究。

大直径SiC晶体常用的制备方法是物理气相传输法(Physical Vapor Transport，PVT)，设备为PVT单晶炉，将SiC粉料放在密闭的石墨坩埚底部，坩埚顶部固定一个籽晶，坩埚外部放置石墨保温材料；采用中频感应将坩埚加热，粉料达到升华点，产生Si、C、SiC₂、Si₂C分子，其在轴向温度梯度的驱动下从原料表面传输到籽晶表面，在籽晶表面凝结，缓慢结晶，达到生长晶体的目的。

传统单线圈加热PVT生长SiC晶体过程中，Si气氛从坩埚的孔隙中溢出，侵蚀保温材料，造成保温不断损耗，温度场的温度梯度不断变化，难以保证生长过程的稳定性及炉次间的一致性，造成SiC晶体的成品率低、一致性差，最终导致SiC单晶晶圆价格成本高，限制其商业化推广应用。

因此，设计一种新的生长装置生长SiC单晶，以提高SiC材料成品率及一致性，降低其成本，使之满足国内电子器件发展的要求，特别是在军事装备、航空航天、海洋勘探等领域的发展具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双温区独立控制的碳化硅单晶生长装置和生长方法，本发明采用上感应加热线圈和下感应加热线圈分别独立控制碳化硅籽晶处的温度场及碳化硅粉料处的温度场，能够提高碳化硅单晶生长的稳定性及重复性，进而提高碳化硅单晶的成品率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种双温区独立控制的碳化硅单晶生长装置，包括双线圈感应加热装置、真空腔室和晶体生长单元；所述晶体生长单元位于所述真空腔室的内部；所述双线圈感应加热装置位于所述真空腔室的外部；

所述双线圈感应加热装置包括上感应加热线圈和下感应加热线圈；所述上感应加热线圈分别与第一电源和第一线圈移动电机连接；所述下感应加热线圈分别与第二电源和第二线圈移动电机连接；

所述真空腔室包括石英管以及设置于所述石英管两端的上密封法兰和下密封法兰；

所述晶体生长单元包括密闭坩埚以及设置于所述密闭坩埚外表面的保温材料；使用时，所述密闭坩埚的顶部设置有碳化硅籽晶，所述密闭坩埚的底部设置碳化硅粉料。

优选地，所述第一电源和第二电源为感应加热电源；所述上感应加热线圈与第一电源电连接；所述下感应加热线圈与第二电源电连接。

优选地，所述第一线圈移动电机和第二线圈移动电机为步进电机；所述上感应加热线圈与第一线圈移动电机机械连接，所述下感应加热线圈与第二线圈移动电机机械连接。

优选地，所述第一线圈移动电机和第二线圈移动电机的移动范围独立为0～100mm，精度为0.05mm。