CN214572361U - 一种碳化硅单晶生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳化硅单晶生长装置，涉及碳化硅制备技术领域；该碳化硅单晶生长装置包括坩埚和底座，坩埚的下方设置有磁性结构，坩埚内用于放置碳化硅粉料，以在加热过程中生成碳化硅单晶；底座与坩埚相对设置，底座上设有磁控机构，磁控机构用于与磁性结构配合作用，以使坩埚相对底座悬浮且转动。该碳化硅单晶生长装置能够使得坩埚整体在制备过程中相对底座悬浮且旋转，从而使得坩埚不易发生偏斜，进而使得坩埚里的热场对称且均匀，达到均匀长晶热场的目的，继而能保证碳化硅单晶的结晶质量，并使得产出的晶体无偏斜，更平整。

Description

一种碳化硅单晶生长装置

技术领域

本实用新型涉及碳化硅制备技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅单晶生长装置。

背景技术

碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料中的一员，具有禁带宽度大、热导率高、载流子饱和迁移率高等特点，在高温、高频、大功率、微电子器件等方面具有巨大的应用潜力，涉及混合动力汽车、高压输电、LED照明和航天航空等领域。

目前最常用的碳化硅单晶生长方法是物理气相传输法(PVT)，该方法经过了近一百年的发展已经日趋成熟，碳化硅科技公司CREE、SiCrystal等均是采用的该生长方法进行碳化硅量产。然而，在利用PVT法获得碳化硅单晶时，由于坩埚与外围保温毡的相对位置容易在长晶过程中发生偏斜，导致坩埚里面的热场不对称，最终产出的晶体也发生偏斜，严重影响结晶质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碳化硅单晶生长装置，其能够使得坩埚整体在制备过程中相对底座悬浮且旋转，从而使得坩埚不易发生偏斜，进而使得坩埚里的热场对称且均匀，达到均匀长晶热场的目的，继而能保证碳化硅单晶的结晶质量，并使得产出的晶体无偏斜，更平整。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型提供一种碳化硅单晶生长装置，包括：

坩埚，坩埚的下方设置有磁性结构，坩埚内用于放置碳化硅粉料，以在加热过程中生成碳化硅单晶；

底座，与坩埚相对设置，且底座上设有磁控机构，磁控机构用于与磁性结构配合作用，以使坩埚相对底座悬浮且转动。

在可选的实施方式中，磁性结构为磁转子，磁控机构包括磁性件和电磁场发生件，磁性件与磁转子极性相同的一端相互靠近且相对设置，电磁场发生件与磁性件连接设置，且用于产生磁场，以使坩埚在磁场发生件以及磁性件与磁转子的共同作用下能悬浮且转动。

在可选的实施方式中，电磁场发生件包括电路板、控制电路以及线圈组件，磁性件设置于电路板上，线圈组件包括四个呈矩形阵列设置线圈，控制电路设置于电路板且与线圈电连接，控制电路用于控制和调节线圈组件的电流，以使得线圈组件产生磁场，从而使坩埚在磁场以及磁性件与磁转子的共同作用下能悬浮且转动。

在可选的实施方式中，磁转子和磁性件均为永磁铁。

在可选的实施方式中，坩埚呈圆柱状结构设置，磁转子呈圆形结构设置，且与坩埚的下表面的尺寸相匹配，磁性件也呈圆形结构设置，且与磁转子同轴线设置。

在可选的实施方式中，磁转子贴合于坩埚的底部；

或者，

磁转子与坩埚二者中的一者设有外螺纹，磁转子和坩埚二者中的另一者设有内螺纹，磁转子与坩埚螺纹配合。

在可选的实施方式中，碳化硅单晶生长装置还包括保温毡，保温毡套设于坩埚外，且坩埚与保温毡的内表面的周向间隔预设距离。

在可选的实施方式中，保温毡与底座固定连接。

在可选的实施方式中，保温毡与底座之间设有支柱，支柱的第一端与保温毡的外表面固定连接，支柱的第二端与底座固定连接。

在可选的实施方式中，底座为法兰结构，且法兰结构能固定于外环境的工作面。

本实用新型的实施例至少具备以下优点或有益效果：

本实用新型的实施例提供了一种碳化硅单晶生长装置，其包括坩埚和底座，坩埚的下方设置有磁性结构，坩埚内用于放置碳化硅粉料，以在加热过程中生成碳化硅单晶；底座与坩埚相对设置，且底座上设有磁控机构，磁控机构用于与磁性结构配合作用，以使坩埚相对底座悬浮且转动。该碳化硅单晶生长装置能够使得坩埚整体在制备过程中相对底座悬浮且旋转，从而使得坩埚不易发生偏斜，进而使得坩埚里的热场对称且均匀，达到均匀长晶热场的目的，继而能保证碳化硅单晶的结晶质量，并使得产出的晶体无偏斜，更平整。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的实施例提供的碳化硅单晶生长装置的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例提供的碳化硅单晶生长装置的磁控机构的结构示意图。

图标:100-碳化硅单晶生长装置；101-保温毡；102-底座；103-坩埚；105-磁转子；107-磁控机构；109-电路板；111-控制电路；113-磁性件；115-线圈；117-支柱；119-第一端；121-第二端。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

相关技术中，坩埚在加热制备碳化硅单晶的过程中容易发生偏斜，从而使得坩埚内的热场不均匀，从而使得最终产出的晶体也发生偏斜，进而严重影响碳化硅单晶的结晶质量。有鉴于此，本实施例提供了一种碳化硅单晶生长装置，其将坩埚整体相对底座悬浮且旋转，从而使得坩埚不易相对底座或其他结构发生偏斜，从而使得坩埚里的热场对称且均匀，达到均匀长晶热场的目的，进而能保证碳化硅单晶的结晶质量。下面对该碳化硅单晶生长装置的结构进行详细地描述。

图1为本实施例提供的碳化硅单晶生长装置100的结构示意图。请参阅图1，在本实施例中，该碳化硅单晶生长装置100具体包括坩埚103和底座102。

详细地，坩埚103呈空心的圆柱状结构。坩埚103的内部和放置碳化硅粉料，以使得坩埚103在加热过程中，碳化硅粉料能反应生成碳化硅单晶。同时，坩埚103的下方设置有磁性结构，底座102上设有磁控机构107，磁控机构107用于与磁性结构配合作用，以使坩埚103相对底座102悬浮且转动。也即，本实施例通过底座102的磁控机构107和坩埚103下方的磁性结构的配合，使得坩埚103整体在制备过程中相对底座102悬浮且旋转，从而使得坩埚103不易发生偏斜，进而使得坩埚103里的热场对称且均匀，达到均匀长晶热场的目的，继而能保证碳化硅单晶的结晶质量，并使得产出的晶体无偏斜，更平整。

需要说明的是，在本实施例中，底座102具体可选择为法兰结构，当底座102选择为法兰结构时，其可用于与外环境的工作面通过螺钉或螺栓等紧固件紧固连接，以保证底座102的稳定性与可靠性，从而保证磁控机构107与磁性结构配合的稳定性。当然，在其他实施例中，底座102也可以设置为可升降的底座102，或可相对工作面滑动或滚动的底座102，以便于改变工作位置和工作状态，本实施例不做限定。

请再次参阅图1，在本实施例中，碳化硅单晶生长装置100还包括保温毡101，保温毡101套设于坩埚103外，且坩埚103与保温毡101的内表面的周向间隔预设距离。也即，保温毡101位于坩埚103外，使得坩埚103与保温毡101分离，从而使得坩埚103不易相对保温毡101倾斜，也不易相对底座102倾斜，又能保证保温毡101能为坩埚103提供良好的保温效果，以保证碳化硅单晶制备的效率和质量，也即能进一步地保证结晶质量。

详细地，在本实施例中，保温毡101也大致呈圆柱筒状结构设置，坩埚103位于保温毡101内，且位于保温毡101的中部位置。同时，保温毡101与底座102固定连接，以保证保温毡101的稳定性，从而避免保温毡101在坩埚103转动过程中影响坩埚103，从而保证坩埚103的稳定性。

更详细地，在本实施例中，保温毡101与底座102之间设有支柱117，支柱117呈圆柱体状结构或长方体状结构。并且，支柱117的第一端119与保温毡101的外表面固定连接，支柱117的第二端121与底座102固定连接，以充分保证保温毡101的稳定性，从而避免影响坩埚103的运动，进而保证坩埚103内热场的均匀性，进而保证碳化硅单晶的结晶质量。

请再次参阅图1，在本实施例中，为了实现坩埚103能相对底座102悬浮且转动，本实施例可将磁性结构设置为磁转子105，磁转子105为永磁铁。磁控机构107包括磁性件113和电磁场发生件，磁性件113与磁转子105极性相同的一端相互靠近且相对设置，且磁性件113也为永磁铁，二者极性相同的一端相互靠近设置意味着二者的S极相互靠近且相对设置，或者二者的N极相互靠近且相对设置，以使得二者之间能产生相互排斥的作用力。同时，电磁场发生件与磁性件113连接设置，且用于产生磁场，以使坩埚103在磁场发生件以及磁性件113与磁转子105的共同作用下能悬浮且转动。由于磁性件113与磁转子105的极性是相反的，若没有磁场作用则磁转子105会产生翻转，但本实施例通过电磁场发生件的作用能产生稳定地磁场，从而能使得磁转子105能保持稳定，并能在外力作用下相对磁性件113转动，从而能带动坩埚103相对底座102转动，进而能保证坩埚103内热场的均匀性，使之达到均匀长晶热场的目的，保证碳化硅单晶的结晶质量。

详细地，图2为本实施例提供的碳化硅单晶生长装置100的磁控机构107的结构示意图。请参阅图2，在本实施例中，电磁场发生件包括电路板109、控制电路111以及线圈组件。其中，磁性件113设置于电路板109上，线圈组件包括四个呈矩形阵列设置线圈115，控制电路111设置于电路板109且与线圈115电连接，控制电路111用于控制和调节线圈组件的电流，以使得线圈组件产生磁场，从而使坩埚103在磁场以及磁性件113与磁转子105的共同作用下能悬浮且转动。同时，通过线圈组件的设置还可以根据线圈组件电流的变化调整磁场变化，从而实现坩埚103转速的调节。也即，本实施例的电磁场发生件能产生磁场，同时磁转子105与磁性件113能相互作用，从而使得坩埚103能相对底座102悬浮且转动，并可以通过线圈组件调整转速，以满足各种使用需求。

需要说明的是，该磁控机构107还包括霍尔检测件，霍尔检测件与电路板109电连接，且能检测磁转子105是否发生偏斜，以在磁转子105发生偏斜时将信号传递给电路板109，以通过电路板109控制线圈组件产生的磁场以调整磁转子105的位置，使得磁转子105的运动过程保持稳定性，从而保证坩埚103运动过程的稳定性与可靠性。

还需要说明的是，本实施例中，磁控机构107的各结构的工作原理均与磁悬浮技术的原理相同，因而本实施例不再对其结构和远离进行进一步地赘述。

同时，还需要注意的是，本实施例中磁控机构107还可以连接设置电源等结构，以满足各种使用需求，本实施例也不再赘述。

请再次参阅图1和图2，在本实施例中，磁转子105呈圆形结构设置，且与坩埚103的下表面的尺寸相匹配，磁性件113也呈圆形结构设置，且与磁转子105同轴线设置。将二者均设置为圆形结构且同轴线设置，能更好的适应坩埚103的形状，以充分地带动坩埚103运动，从而保证坩埚103内热场的均匀性，保证碳化硅单晶的结晶质量。当然，在其他实施例中，在保证结晶质量的前提下，也可以将磁转子105和磁性件113设置为其他形状，例如长方体状或正方体状结构等，本实施例不做限定。

另外，请再次参阅图1，在本实施例中，磁转子105既可以采用胶水粘合于坩埚103的底部，也可以在磁转子105与坩埚103二者中的一者设有外螺纹，磁转子105和坩埚103二者中的另一者设有内螺纹，以使得磁转子105与坩埚103螺纹配合的方式进行连接，能保证二者之间配合的稳定性即可。当然，在其他实施例中，二者还可以直接采用紧固件紧固连接，甚至能采用插接件配合，本实施例在能保证二者配合的稳定性和可靠性的基础之上均不做限定。

下面对本实用新型的实施例提供的碳化硅单晶生长装置100的工作原理和有益效果进行详细地说明：

在利用该碳化硅单晶生长装置100进行碳化硅单晶的制备时，可先将磁转子105旋进坩埚103底部，然后将碳化硅粉料装如坩埚103中，并封闭好坩埚103；接着，将保温毡101通过支柱117安装到底座102；然后将封闭好的坩埚103从上面放入保温毡101内；待整个装置装配完成后，打开磁控机构107，使磁转子105带动坩埚103悬浮起来，同时封闭炉膛进行加热，并可以通过线圈组件调控转速，使坩埚103按照匀速运转。

在上述过程中，本实施例通过底座102的磁控机构107和坩埚103下方的磁性结构的配合，使得坩埚103整体在制备过程中相对底座102悬浮且旋转，从而使得坩埚103不易发生偏斜，进而使得坩埚103里的热场对称且均匀，达到均匀长晶热场的目的，继而能保证碳化硅单晶的结晶质量，并使得产出的晶体无偏斜，更平整。

综上所述，本实用新型的实施例提供了一种能有效提高碳化硅单晶结晶质量的碳化硅单晶生长装置100，其产出的晶体无偏斜，更平整。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳化硅单晶生长装置，其特征在于，包括：

坩埚，所述坩埚的下方设置有磁性结构，所述坩埚内用于放置碳化硅粉料，以在加热过程中生成碳化硅单晶；

底座，与所述坩埚相对设置，且底座上设有磁控机构，所述磁控机构用于与所述磁性结构配合作用，以使所述坩埚相对所述底座悬浮且转动。

2.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述磁性结构为磁转子，所述磁控机构包括磁性件和电磁场发生件，所述磁性件与所述磁转子极性相同的一端相互靠近且相对设置，所述电磁场发生件与所述磁性件连接设置，且用于产生磁场，以使所述坩埚在所述磁场发生件以及所述磁性件与所述磁转子的共同作用下能悬浮且转动。

3.根据权利要求2所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述电磁场发生件包括电路板、控制电路以及线圈组件，所述磁性件设置于所述电路板上，所述线圈组件包括四个呈矩形阵列设置线圈，所述控制电路设置于所述电路板且与所述线圈电连接，所述控制电路用于控制和调节所述线圈组件的电流，以使得所述线圈组件产生磁场，从而使所述坩埚在所述磁场以及所述磁性件与所述磁转子的共同作用下能悬浮且转动。

4.根据权利要求3所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述磁转子和所述磁性件均为永磁铁。

5.根据权利要求3所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述坩埚呈圆柱状结构设置，所述磁转子呈圆形结构设置，且与所述坩埚的下表面的尺寸相匹配，所述磁性件也呈圆形结构设置，且与所述磁转子同轴线设置。

6.根据权利要求2所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述磁转子贴合于所述坩埚的底部；

或者，

所述磁转子与所述坩埚二者中的一者设有外螺纹，所述磁转子和所述坩埚二者中的另一者设有内螺纹，所述磁转子与所述坩埚螺纹配合。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述碳化硅单晶生长装置还包括保温毡，所述保温毡套设于所述坩埚外，且所述坩埚与所述保温毡的内表面的周向间隔预设距离。

8.根据权利要求7所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述保温毡与所述底座固定连接。

9.根据权利要求8所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述保温毡与所述底座之间设有支柱，所述支柱的第一端与所述保温毡的外表面固定连接，所述支柱的第二端与所述底座固定连接。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：

所述底座为法兰结构，且所述法兰结构能固定于外环境的工作面。

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