本發(fā)明涉及碳化硅生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種獲得液體硅的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的坩堝。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的液相法生長碳化硅晶體技術(shù)，都是通過加熱的方式將硅在高純石墨坩堝中熔化，形成碳在硅中的溶液，再將頭部貼付有籽晶的石墨軸伸入到溶液中進(jìn)行生長。常壓下，碳在硅溶液中的溶解度非常低，這樣導(dǎo)致碳供給不足，限制了碳化硅晶體的生長速度。為了產(chǎn)業(yè)化的要求，必須增大碳在硅溶液中的溶解度。一般的做法是向硅溶液中加入助溶劑，如Fe、Mn、Ti、Cr等。特別是對(duì)于P型摻雜，Al廣泛的應(yīng)用于液相法碳化硅晶體生長技術(shù)。在生長晶體前，先將Al和硅塊或者硅粉同時(shí)放入坩堝中，然后加熱熔化形成溶液。

然而在加熱過程中，由于熔點(diǎn)不同，會(huì)在不同的時(shí)間段熔化。金屬Al的熔點(diǎn)為660℃，硅的熔點(diǎn)為1420℃。所以在加熱過程中，首先Al會(huì)熔化，在硅熔化前，Al呈液態(tài)，Al會(huì)和石墨坩堝反應(yīng)，生成碳化鋁，這樣會(huì)消耗掉一部分Al，同時(shí)液態(tài)鋁會(huì)侵蝕石墨坩堝，容易導(dǎo)致坩堝的泄露。所以如何使類似Al的金屬助溶劑和硅同時(shí)熔化形成溶液，是一個(gè)比較棘手的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)存在的不足之處，提供了一種液體硅的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的坩堝，該方法采用同步熔化助溶劑的方式獲得高碳溶解度的液體硅溶液，實(shí)現(xiàn)該方法的坩堝包括坩堝體，所述坩堝體內(nèi)壁上設(shè)置有凹槽，所述凹槽一端設(shè)置有擋板，所述凹槽末端底部均勻設(shè)置有小細(xì)孔；采用這種方法和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的坩堝，可以解決制備碳化硅過程中助溶劑熔點(diǎn)不同導(dǎo)致熔化不同步的問題，使熔化的區(qū)間縮短，形成固定化學(xué)配比的液態(tài)硅溶液，提高碳的溶解度，保證晶體的快速生長。

本發(fā)明具體的技術(shù)方案是：

一種獲得液體硅的方法，具體步驟為：在坩堝內(nèi)同步熔化助溶劑，并使其自動(dòng)加入到液態(tài)硅中，從而提高液體硅中碳元素的溶解度；利用坩堝內(nèi)的溫度梯度促使助溶劑與硅元素同步熔化。

所述的助溶劑選自Fe、Mn、Ti、Cr、Al中的一種或多種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方法的最大特點(diǎn)在于首次將助溶劑與硅元素在坩堝內(nèi)同步熔化，其主要利用坩堝內(nèi)存在的溫度梯度，滿足不同熔點(diǎn)要求的元素同步熔化，并且在坩堝內(nèi)自動(dòng)與液態(tài)硅混合，改變了現(xiàn)有技術(shù)中將硅元素與助溶劑元素先混合后熔化的方式，克服了這一方式帶來的諸多不足；由于助溶劑與硅元素同步熔化，使得最終獲得的液態(tài)硅中的碳元素溶解度大大增加，從而方便了后續(xù)碳化硅晶體的生長；同時(shí)本發(fā)明所述方法還可以實(shí)現(xiàn)多種助溶劑的同步熔化，填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，進(jìn)一步提高了碳化硅的生長效率，降低了生產(chǎn)的成本同時(shí)為更多的金屬助溶劑使用提供了可能性。

本發(fā)明還公開了實(shí)現(xiàn)上述獲得液體硅的方法的坩堝，包括坩堝體，所述坩堝體內(nèi)設(shè)置有至少一條凹槽，且所述凹槽傾斜設(shè)置在坩堝體的內(nèi)壁上；

由于碳化硅在生產(chǎn)時(shí)一般采用射頻加熱，坩堝內(nèi)自下而上會(huì)形成明顯的溫度梯度，這樣坩堝上部的溫度會(huì)遠(yuǎn)低于溶液區(qū)的溫度，本發(fā)明的發(fā)明人利用這一溫度差異，在坩堝體內(nèi)設(shè)置凹槽，且凹槽傾斜設(shè)置，使用時(shí)可以根據(jù)不同助溶劑熔化溫度的不同，選取坩堝的不同位置設(shè)置凹槽并將金屬助溶劑放置在凹槽內(nèi)，設(shè)置位置可根據(jù)正常碳化硅生產(chǎn)時(shí)采集獲得的坩堝內(nèi)不同高度的溫度進(jìn)行設(shè)置，這樣當(dāng)坩堝進(jìn)行加熱時(shí)，凹槽所處坩堝位置的溫度低于坩堝底部的溫度，當(dāng)坩堝內(nèi)達(dá)到硅元素熔化溫度時(shí)，凹槽所處位置溫度恰為金屬助溶劑的熔化溫度從而實(shí)現(xiàn)助溶劑與硅元素的同步熔化，且熔化后的助溶劑可以通過傾斜的凹糟在重力作用下進(jìn)入液態(tài)硅中克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

更進(jìn)一步的所述凹槽螺旋設(shè)置在坩堝體的內(nèi)壁上；由于螺旋的作用使得凹槽內(nèi)的溫度分布更加溫和，有助于助溶劑的逐步熔化和下落；

所述凹槽尾端設(shè)置有擋板，所述凹槽末端底部設(shè)置有小細(xì)孔；這樣熔化后的助溶劑可以通過小細(xì)孔下落，在液態(tài)硅中更加均勻的散步，提高其助溶作用；當(dāng)尾端不設(shè)置擋板時(shí)，熔化后的助溶劑則可直接下落，但是其無法阻止固態(tài)助溶劑掉落，因此優(yōu)選采用帶有擋板的設(shè)計(jì)；

當(dāng)采用的助溶劑為單一成分時(shí)，可僅設(shè)置一條凹槽，也可根據(jù)需要在坩堝內(nèi)壁相同高度設(shè)置多段凹槽，增加助溶劑的分布面積，提高助溶劑的融化速度，為了避免相互影響需交錯(cuò)設(shè)置且彼此不相交；

當(dāng)采用的助溶劑為多種金屬成分時(shí)，則所述凹槽需設(shè)置為多條，且必須交錯(cuò)設(shè)置且彼此不相交，更進(jìn)一步的多條凹槽起始端距坩堝底部垂直高度不同，最頂部放入熔點(diǎn)低的助溶劑，越往下在不同的螺旋凹槽中放入熔點(diǎn)高助溶劑，這樣在坩堝加熱過程中由于溫度梯度，即可實(shí)現(xiàn)多種助溶劑的同步熔化，并同時(shí)注入到液態(tài)硅中；如需要分次加入不同的助溶劑，則可通過調(diào)整助溶劑在凹槽內(nèi)的位置實(shí)現(xiàn)；

所述的凹槽可設(shè)置為嵌套式結(jié)構(gòu)，放置在坩堝內(nèi)壁的卡槽內(nèi)，也可以一體式的加工出來，但是為了方便調(diào)整優(yōu)選為嵌套式結(jié)構(gòu)，這樣石墨坩堝的加工工序簡(jiǎn)單，并可方便的更換凹槽。

綜上所述，采用這種結(jié)構(gòu)的坩堝，解決了制備碳化硅過程中助溶劑熔點(diǎn)不同導(dǎo)致熔化不同步的問題，縮短了熔化區(qū)間，形成了固定化學(xué)配比的液態(tài)硅溶液，保證晶體的持續(xù)生長。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中所述坩堝的俯視圖；

圖中1為坩鍋體，2為凹槽，3為擋板，4為小細(xì)孔。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種獲得液體硅的方法，具體步驟為：在坩堝內(nèi)同步熔化助溶劑，并使其自動(dòng)加入到液態(tài)硅中，從而提高液體硅中碳元素的溶解度；利用坩堝內(nèi)的溫度梯度促使助溶劑與硅元素同步熔化。

所述的助溶劑選自Fe、Mn、Ti、Cr、Al中的一種或多種。

實(shí)施例2

一種坩堝，所述坩堝包括坩堝體1，所述坩堝體1內(nèi)設(shè)置有三條凹槽2，所述凹槽一端設(shè)置有擋板3；所述凹槽上設(shè)置有小細(xì)孔4；

所述凹槽2設(shè)置在坩堝體1的內(nèi)壁上；所述凹槽2為螺旋型；

所述小細(xì)孔4均勻置于凹槽2尾端底部；所述三條凹槽交錯(cuò)設(shè)置且起始端距坩堝底部垂直高度不同。