本實用新型屬于碳化硅單晶領域，涉及一種碳化硅單晶生長裝置，特別涉及一種降低碳化硅原料組分損失的裝置。
背景技術：
作為第三代半導體材料，碳化硅單晶具有禁帶寬度大，抗輻射能力強，擊穿電場高，介電常數小，熱導率大，電子飽和漂移速度高，化學穩(wěn)定性高等獨特的特性，被認為是制造光電子器件、高頻大功率器件、電力電子器件理想的半導體材料。在白光照明、光存儲、屏幕顯示、航天航空、高溫輻射環(huán)境、石油勘探、自動化、雷達與通信、汽車電子化等方面有廣泛應用，尤其在國防軍事上有著重要的戰(zhàn)略地位，因此受到各國的高度重視。
目前，生長SiC晶體最有效的方法是物理氣相傳輸法（Physical Vapor Transport），其中，碳化硅粉體加熱到2000℃以上，高溫升華后氣相成分在濃度梯度的作用下進行物質傳輸，最后在溫度較低的碳化硅籽晶表面重新結晶，促使晶體長大。在典型碳化硅生產技術中，整個生長系統(tǒng)包括生長室、感應加熱系統(tǒng)及水冷系統(tǒng)、石墨坩堝及保溫材料。通過調節(jié)坩堝和感應線圈的相對位置以及保溫材料的厚度，使坩堝上部籽晶處的溫度低于坩堝底部SiC粉料處的溫度，達到晶體生長的目的。
熱力學分析表明，SiC體系在高溫下升華，主要氣相物質為Si、Si2C、SiC2，它們會在籽晶表面相互反應生成SiC并進行生長。在籽晶逐漸生長的同時，部分氣態(tài)組分從坩堝中逸出，或者與石墨坩堝壁發(fā)生反應生成SiC（如Si與石墨坩堝反應），由于在坩堝處結晶或者逸出，這些組分不能在籽晶處生成SiC，從而造成Si組分的損失。根據實際統(tǒng)計，每批次損失的組分質量占據總失重的比例達到35%以上。因此，如何設計一種用于簡便、高效的降低SiC原料組分損失的裝置成為本領域亟需解決的問題。
技術實現要素：
本實用新型針對現有技術中SiC單晶生長過程中存在的組分損失較高的問題，設計并開發(fā)出一種結構簡便、并能高效降低SiC原料組分損失的裝置，在保證晶體生長的質量和速度的前提下，提高生長效率、降低組分損失。
為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為：
一種降低SiC原料組分損失的裝置，其特征在于，包括：石墨坩堝、石墨板和石墨紙，其中，所述坩堝為圓柱形，由上蓋和堝體組成，并通過螺紋連接；所述石墨板為圓形，設置于所述石墨坩堝的內腔中，并位于所述SiC原料的上方；所述石墨紙固定于所述石墨坩堝的底部、側部和頂部的內壁上，并且，所述石墨板的上表面固定有圓環(huán)形的石墨紙，且所述圓環(huán)外徑等于所述石墨板的直徑，所述圓環(huán)的內徑為所述石墨板直徑的1/2。
進一步的，所述石墨紙與所述石墨坩堝內壁之間、所述石墨紙與所述石墨板之間設有固定層。
進一步的，所述固定層包括環(huán)氧樹脂膠粘劑或其他粘結劑。
進一步的，所述石墨板的直徑為石墨坩堝內徑的90-95%，厚度為2-5mm。
進一步的，所述石墨板的純度高于99.999%。
進一步的，所述石墨紙厚度為1mm。
進一步的，所述石墨紙的密度大于1.94g/cm3；所述石墨紙的純度高于99.999%。
進一步的，所述SiC原料位于所述石墨坩堝底部。
本發(fā)明的有益效果在于：所述裝置中，利用致密的石墨紙材料降低各氣象組分的逸出比例，使氣相組分盡可能多地停留在石墨坩堝內，中空的石墨紙可以保證碳化硅原料中升華出的氣相組分穿透石墨板，平穩(wěn)地輸運到碳化硅單晶表面，氣相組分中部分Si組分可與石墨板發(fā)生反應形成氣態(tài)SiC，輸運到碳化硅單晶表面，促進晶體的生長，進一步降低Si組分的損失比例。
附圖說明
圖1為本實用新型降低碳化硅原料組分損失的裝置的結構圖。
其中，1、石墨坩堝2、石墨板 3、石墨紙 4、上蓋 5、堝體 6、碳化硅原料。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。
根據本實用新型的一個方面，本實用新型提供了一種降低碳化硅原料組分損失的裝置，用于降低各氣象組分的逸出比例，使氣相組分盡可能多地停留在石墨坩堝內，圖1為該降低碳化硅原料組分損失的裝置的結構圖，如圖1所示，包括：石墨坩堝1、石墨板2和石墨紙3，其中，所述坩堝為圓柱形，由上蓋4和堝體5組成，并通過螺紋連接。所述石墨板為圓形，設置于所述石墨坩堝的內腔中，并位于所述SiC原料6的上方；所述石墨紙固定于所述石墨坩堝的底部、側部和頂部的內壁上，并且，所述石墨板的上表面固定有圓環(huán)形的石墨紙，且所述圓環(huán)外徑等于所述石墨板的直徑，所述圓環(huán)的內徑為所述石墨板直徑的1/2。由此，利用石墨坩堝內壁以及石墨板上表面上設置的致密的石墨紙材料降低各氣象組分的逸出比例，并通過中空的石墨紙可以保證碳化硅原料中升華出的氣相組分穿透石墨板，平穩(wěn)地輸運到碳化硅單晶表面，從而在保證晶體生長的質量和速度的前提下，提高生長效率、降低組分損失。
根據本實用新型的具體實施例，為便于石墨紙和石墨坩堝內壁及石墨板的固定，所述石墨紙與所述石墨坩堝內壁之間、所述石墨紙與所述石墨板之間設有固定層，在本實用新型的一些實施例中，所述固定層包括環(huán)氧樹脂膠粘劑或其他粘結劑。
根據本實用新型的具體實施例，石墨板的材質和厚度不受特別限制，在本實用新型的一些實施例中，所述石墨板為圓形，其直徑為石墨坩堝內徑的90-95%，厚度為2-5mm；所述石墨板為高純材料，純度高于99.999%。
根據本實用新型的具體實施例，石墨紙的材質和厚度不受特別限制，在本實用新型的一些實施例中，所述石墨紙為致密的材質，密度大于1.94g/cm3；所述石墨紙厚度為1mm；所述石墨紙為高純材料，純度高于99.999%。
在實際的生產過程中，該裝置具體的工作方式如下：
1）將石墨紙固定于石墨坩堝底部、側部和頂部的內壁，將圓環(huán)形石墨紙固定于石墨板上表面，圓環(huán)外徑等于石墨板直徑，圓環(huán)內徑為石墨板直徑的1/2。
2）將碳化硅原料放入坩堝底部，將石墨板置于粉料之上，之后依次安裝碳化硅單晶籽晶和石墨坩堝上蓋。
3）將安裝完畢的坩堝置于傳統(tǒng)的生長室中，通過感應線圈對生長室進行加熱，使坩堝內部溫度達到2000℃以上，碳化硅單晶籽晶逐漸生長為碳化硅單晶體，其中，所述的生長碳化硅晶體，其晶體結構為2H、4H、6H、3C或15R多形體中的某種結構。
綜上所述本實用新型的裝置結構簡單、并能利用石墨坩堝內壁以及石墨板上表面上設置的致密的石墨紙材料降低各氣象組分的逸出比例，高效降低SiC原料組分損失，在保證晶體生長的質量和速度的前提下，提高生長效率、降低組分損失。
在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、 或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個 或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
盡管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對于本領域的一般技術人員，依據本申請的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。