[发明专利]一种保护型异型石墨坩埚及其使用方法

说明书

一种保护型异型石墨坩埚及其使用方法，它涉及异型石墨坩埚及其使用方法，它是要解决现有的石墨坩埚易磨损及多晶粉料纯度低的技术问题。本发明的石墨坩埚包括上盖、坩埚主体、子坩埚和外螺纹石墨管；坩埚主体内设置呈阶梯状降低的立柱，子坩埚放在立柱的阶梯上，坩埚主体的筒壁中均布气孔，上盖与坩埚主体用外螺纹石墨管相连接。用法：将硅放在壳体底部；将碳粉放在子坩埚中，再将子坩埚放在立柱的阶梯上；将上盖与壳体用外螺纹石墨管旋紧后放在高温炉中；通过外螺纹石墨管向壳体的底部通入气体，升温反应，得到高纯碳化硅多晶粉料。该石墨坩埚磨损率低，使用7N～9N硅颗粒或硅块制备出的碳化硅多晶纯度为6N，可用于碳化硅多晶粉料制备领域。

技术领域

本发明涉及异型石墨坩埚，涉及SiC多晶粉料制备领域。

背景技术

随着半导体领域的快速发展，SiC材料因其具有较大的禁带宽度、较高的热导率、较大的电子饱和漂移速率、较高的临界击穿电场、较低的介电常数及良好的化学稳定性等优点，被认为是第三代半导体的理想材料。随着单晶技术的发展，高纯碳化硅多晶粉料的市场需求日益增长。目前高纯碳化硅多晶粉料主要通过碳热还原法、化学气相渗透法及化学气相沉积法制备。制备出的多晶粉料受原料的纯度影响较大，常规方法很难将粉状原料高度提纯，从而导致多晶粉料纯度很难得到提升。而且，通常使用高纯石墨坩埚作为反应容器，通用石墨坩埚的结构是空心圆柱状，坩埚壁与坩埚底部成直角，在使用过程中所承受的应力小，当Si由固体向熔融态转变时应力增大，严重情况下会导致坩埚破裂，同时通用坩埚高温下一般会受到Si侵蚀，使得石墨坩埚的使用几次后就会被报废，使用次数严重影响生产成本。

发明内容

本发明是要解决现有的石墨坩埚易磨损及多晶粉料纯度低的技术问题，而提供保护型异型石墨坩埚及其使用方法，该新型保护型异型石墨坩埚适用于硅蒸镀法制备高纯碳化硅多晶粉料。

本发明的保护型异型石墨坩埚，包括上盖、坩埚主体、子坩埚和外螺纹石墨管；

上盖由圆筒状盖身和位于盖身中部的隔层组成，在隔层上设置内螺纹孔，隔层上部与盖身形成上腔、隔层下部与盖身形成下腔；上腔用于盛装硅碳混合保护料；

坩埚主体由壳体、至少3个呈阶梯状降低的立柱和保护槽组成，

壳体的外壁为圆筒形；

壳体的内壁为圆筒形，壳体的内部的底为圆弧形；在底和内壁相交处有一个环状凸台，在凸台上均布呈阶梯状降低的立柱，且立柱与壳体的内壁连接成一体或固定连接在一起；

在壳体的筒壁中均布气孔；气孔的上部开口设置在壳体的上端面，气孔的下部开口在环状凸台的侧壁；

子坩埚的底和壁由筛板制成，子坩埚放在立柱的阶梯上；以立柱做为子坩埚的支撑体；

保护槽沿壳体上口外沿一圈设置，保护槽的上口高于上盖与壳体的接触面；保护槽用于盛装硅碳混合保护料；将上盖与壳体的接触面埋入硅碳混合保护料中；

壳体的筒壁中气孔的上部开口处设置有内螺纹，气孔上部开口与上盖内螺纹孔的位置相对应，且均与外螺纹石墨管的外螺纹相配合；外螺纹石墨管既使上盖与壳体相连接，又能通过外螺纹石墨管的空腔与气孔连通。

本发明的保护型异型石墨坩埚的使用方法如下：

一、将7N～9N高纯硅颗粒或硅块放在壳体的底部；

二、将碳粉放在子坩埚中，再将子坩埚放在立柱的阶梯上；立柱起到固定子坩埚作用，且使壳体的内壁与子坩埚之间有一定空间，便于硅蒸汽扩散；

三、将上盖盖在壳体上，并保持壳体的气孔的上部开口与上盖的内螺纹孔位置相对应，再用外螺纹石墨管旋紧；

四、保护型异型石墨坩埚放在高温炉中；

五、将外螺纹石墨管与气源相连接；气源为氩气或氢气；