[发明专利]一种高质量SiC单晶制备装置及方法

权利要求书

1.一种高质量SiC单晶制备装置，其特征在于：包括上盖(1)、籽晶(2)、下盖(3)、坩埚主体(4)、滤网(5)、保温体(7)、动力杆(8)、石英管(9)和加热线圈(10)，所述坩埚主体(4)内放置滤网(5)，坩埚主体(4)的上部设置下盖(3)和上盖(1)，下盖(3)位于上盖(1)下侧，下盖(3)的下侧连接籽晶(2)，上盖(1)的上侧连接动力杆(8)，坩埚主体(4)外壁包覆有保温体(7)，坩埚主体(4)置于石英管(9)内侧，石英管(9)的外侧安装加热线圈(10)；

所述下盖(3)的边缘圆周阵列加工四个下滑块(302)，下盖(3)上加工有圆周阵列布置的四个下通孔(301)；所述上盖(1)的边缘圆周阵列加工四个上滑块(101)，上盖(1)上圆周阵列加工有四个上通孔(103)，相邻的上通孔(103)之间均连接挡块(102)，挡块(102)设置在与下通孔(301)的对应位置；

所述坩埚主体(4)为圆桶形，坩埚主体(4)的上部开口侧加工有四个竖直滑道(401)、第一环形滑道(402)和第二环形滑道(403)，四个竖直滑道(401)圆周阵列布置，竖直滑道(401)穿过第一环形滑道(402)连通第二环形滑道(403)；下滑块(302)通过第二环形滑道(403)与坩埚主体(4)连接，上滑块(101)通过第一环形滑道(402)与坩埚主体(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种高质量SiC单晶制备装置，其特征在于：所述坩埚主体(4)通过内支架(12)固定设置在石英管(9)内；

还包括转动机构(21)、升降机构(22)和连接架(11)，转动机构(21)和升降机构(22)通过连接架(11)连接；

所述转动机构(21)包括上部架(211)、电机(212)、主动齿轮(213)、连接杆(214)、下部架(215)、从动齿轮(216)和驱动轴(217)，上部架(211)与下部架(215)通过三个圆周阵列布置的连接杆(214)连接，上部架(211)与电机(212)固定连接，电机(212)的输出端连接主动齿轮(213)，下部架(215)通过轴承连接驱动轴(217)，驱动轴(217)与从动齿轮(216)连接，从动齿轮(216)与主动齿轮(213)啮合，驱动轴(217)与动力杆(8)连接；

所述升降机构(22)包括液压杆(221)、外部套筒(222)、内部伸缩臂(223)、减磨轮座(224)和减磨轮(225)，内部伸缩臂(223)的下部对称布置有两个减磨轮座(224)，减磨轮座(224)上安装有减磨轮(225)，内部伸缩臂(223)位于外部套筒(222)内侧，减磨轮(225)与外部套筒(222)接触；液压杆(221)的两端分别与外部套筒(222)和内部伸缩臂(223)连接；内部伸缩臂(223)通过连接架(11)与上部架(211)连接。

3.根据权利要求2所述的一种高质量SiC单晶制备装置，其特征在于：所述外部套筒(222)与内部伸缩臂(223)均为方形。

4.根据权利要求1所述的一种高质量SiC单晶制备装置，其特征在于：所述滤网(5)为开口端安装环形板的圆柱桶，滤网(5)为石墨滤网，挡块(102)为石墨挡块。

5.一种高质量SiC单晶制备的方法，包括以下步骤：

步骤一：坩埚主体(4)内放置原料(6)，使用滤网(5)覆盖原料(6)并且使原料(6)沿滤网(5)的外壁布置，依次将下盖(3)和上盖(1)安装在坩埚主体(4)，在坩埚主体(4)外侧包裹保温体(7)；

步骤二：调节加热线圈(10)位置，将整个热场位于加热线圈(10)内部的合适高度；

步骤三：加热线圈(10)开始加热，进行提纯，温度在1200-1400℃，杂质通过上通孔(103)和下通孔(301)流出，进而提高粉料纯度，降低晶体缺陷；

步骤四：提纯进行8-15h后，上盖(1)沿竖直滑道(401)向下运动，此时挡块(102)位于下通孔(301)的对应位置，使挡块(102)进入到下通孔(301)中，实现坩埚主体(4)的密封，防止长晶期间碳化硅气体流出；

步骤五：通过逐步提高加热线圈(10)的功率，使坩埚主体(4)内部温度达到2200℃，进入长晶阶段进行保温，期间通过动力杆(8)控制上盖(1)带动下盖(3)缓慢转动，防止不同位置气体流速差异导致晶体生长出现位错缺陷；

步骤六：生长阶段结束后，逐步降低加热线圈(10)加热功率，坩埚主体(4)进入降温阶段；

步骤七：自然冷却后，取出晶体。