本實(shí)用新型屬于單晶生長技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種控制SiC晶型單一化生長的裝置。

背景技術(shù)：

第三代半導(dǎo)體碳化硅（SiC）相比于傳統(tǒng)意義的Si具有優(yōu)越的物理和電學(xué)特性，如寬帶隙、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、電子飽和速度高及抗輻照能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在新一代移動(dòng)通信、智能電網(wǎng)、高速軌道交通等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛，是支撐信息、能源、交通、國防等發(fā)展的重點(diǎn)新材料；SiC的晶體生長方法包括改進(jìn)的Lely法又稱物理氣相輸運(yùn)法（physical vapor transport method，PVT 法）、高溫化學(xué)氣相沉積（CVD） 和液相法（LPE法） 生長SiC晶體。目前，國內(nèi)外商業(yè)化SiC晶體的生長方法主要是采用物理氣相輸運(yùn)法，SiC晶體結(jié)構(gòu)有超過200多種的同質(zhì)異構(gòu)體，如纖鋅礦結(jié)構(gòu)的4H-SiC和6H-SiC，以及閃鋅礦結(jié)構(gòu)的3C-SiC等。目前來說，實(shí)現(xiàn)同質(zhì)外延的3C-SiC襯底仍難以獲得，晶體生長遠(yuǎn)未達(dá)到4H-SiC的生長效果；另一方面絕大多數(shù)的晶型在高溫2000℃時(shí)熱穩(wěn)定，但如3C-SiC在這種高溫情況下會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。因此，如何設(shè)計(jì)一種在SiC 晶體的生長過程中，控制SiC晶型單一化生長的裝置成為本領(lǐng)域亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種控制SiC晶型單一化生長的裝置，該裝置系統(tǒng)工藝控制簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性強(qiáng)，精確度高并且功能全面，具有晶體生長速率快和生成3C-SiC 薄片晶體幾率高等優(yōu)點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

本實(shí)用新型提出了一種控制SiC晶型單一化生長的裝置，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述裝置包括：氣體過濾系統(tǒng)、保護(hù)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)、晶體生長室和控制系統(tǒng)，其中，所述氣體過濾系統(tǒng)一端與所述晶體生長室相連，另一端與質(zhì)流閥相連，用于過濾氣源中的氣體，使所述氣體成為高純度氣體通入所述晶體生長室中；所述質(zhì)流閥分別與所述氣體過濾系統(tǒng)、氣源和保護(hù)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連，用于調(diào)節(jié)氣源的輸出量；所述晶體生長室包括：上測(cè)孔、下測(cè)孔、自動(dòng)控溫系統(tǒng)和石墨坩堝，所述上測(cè)孔位于所述晶體生長室的上端，所述下測(cè)孔位于所述晶體生長室的下端，所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)設(shè)置在所述晶體生長室的側(cè)面，與中頻感應(yīng)加熱電源相連，所述石墨坩堝位于所述晶體生長室的內(nèi)部，用于控制SiC晶型單一化的形成；所述控制系統(tǒng)包括：提拉頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、坩堝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、上測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置、真空測(cè)量裝置、中頻感應(yīng)加熱電源、水冷系統(tǒng)和下測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置，其中，所述提拉頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分別與所述控制系統(tǒng)和上測(cè)孔相連，用于控制所述晶體生長室的抖動(dòng)，加快SiC晶型單一化形成的反應(yīng)速率；所述坩堝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)一端與所述控制系統(tǒng)相連，一端與所述石墨坩堝相連，用于控制所述石墨坩堝的運(yùn)動(dòng)，加快反應(yīng)速率；所述上測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述上測(cè)孔相連，用于測(cè)量所述晶體生長室上部的溫度；所述真空測(cè)量裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述晶體生長室連通，用于測(cè)量所述晶體生長室內(nèi)部的真空度；所述中頻感應(yīng)加熱電源一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)相連；所述水冷系統(tǒng)一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述晶體生長室連通，用于對(duì)所述晶體生長室內(nèi)部進(jìn)行冷卻，控制室內(nèi)的溫度；所述下測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述下測(cè)孔相連，用于測(cè)量所述晶體生長室底部的溫度。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述裝置還包括真空裝置，所述真空裝置與所述晶體生長室相連，用于將所述晶體生長室內(nèi)部抽真空。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述真空裝置為真空泵。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述質(zhì)流閥和氣源均為兩個(gè)，且所述氣源分別為氬氣和氫氣。

本實(shí)用新型至少有以下有益效果：該裝置系統(tǒng)工藝控制簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性強(qiáng)，精確度高并且功能全面，利用高純石墨坩堝內(nèi)壁自然溶解于硅熔體中形成碳飽和的硅溶液，晶體生長初期發(fā)生自發(fā)成核，3C-SiC晶核優(yōu)先于6H-SiC形成，隨著3C-SiC 晶核的不斷形成，熔體趨于飽和狀態(tài)，因而熔體過飽和狀態(tài)的起伏波動(dòng)，有利于3C-SiC 晶核的形成，在石墨坩堝表面生長3C-SiC 薄片晶體，抑制6H-SiC晶型的生成 ，并且具有晶體生長速率快和生成3C-SiC 薄片晶體幾率高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的SiC晶體單一化生長的裝置框圖。

圖2是本實(shí)用新型SiC晶型單一化的制備方法流程圖。

其中，上測(cè)孔1，自動(dòng)控溫系統(tǒng)2，下測(cè)孔3。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。下面描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。

本實(shí)用新型提供了一種控制SiC晶型單一化生長的裝置，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，圖1是本實(shí)用新型的SiC晶體單一化生長的裝置框圖，參照?qǐng)D1所示，所述裝置包括：氣體過濾系統(tǒng)、保護(hù)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)、晶體生長室、控制系統(tǒng)和真空裝置。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，參照?qǐng)D1所示，所述氣體過濾系統(tǒng)一端與所述晶體生長室相連，另一端與質(zhì)流閥相連，其中，所述氣體過濾系統(tǒng)的具體種類不受限制，只要能夠過濾氣源中的氣體，使所述氣體成為高純度氣體通入所述晶體生長室中；所述質(zhì)流閥分別與所述氣體過濾系統(tǒng)、氣源和保護(hù)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連，用于調(diào)節(jié)氣源的輸出量，根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，所述質(zhì)流閥和氣源的數(shù)量?jī)?yōu)選為兩個(gè)，且保護(hù)氣體為高純度的氬氣和氫氣。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，參照?qǐng)D1所示，所述晶體生長室包括：上測(cè)孔1、下測(cè)孔3、自動(dòng)控溫系統(tǒng)2和石墨坩堝，所述上測(cè)孔位于所述晶體生長室的上端，所述下測(cè)孔位于所述晶體生長室的下端，所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)設(shè)置在所述晶體生長室的側(cè)面，與中頻感應(yīng)加熱電源相連，其中，根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，本實(shí)用新型所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)的具體種類不受限制，只要能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)所述晶體生長室內(nèi)部的溫度，且具備保證生長過程中溫度起伏的控制能力即可，所述石墨坩堝位于所述晶體生長室的內(nèi)部，將高純的碳化硅粉料經(jīng)過嚴(yán)格的清潔處理，在真空度達(dá)到1-2×10^-3pa，氣體流量設(shè)定為：90-110 sccm的高真空條件下，通入高純氬氣或者氬氣和氫氣的混合氣體，放置在真空室中的高純石墨坩堝內(nèi)，控制SiC晶型單一化的形成。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，參照?qǐng)D1所示，所述控制系統(tǒng)包括：提拉頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、坩堝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、上測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置、真空測(cè)量裝置、中頻感應(yīng)加熱電源、水冷系統(tǒng)和下測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置，其中，所述提拉頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分別與所述控制系統(tǒng)和上測(cè)孔相連，用于控制所述晶體生長室的抖動(dòng)，所述坩堝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)一端與所述控制系統(tǒng)相連，一端與所述石墨坩堝相連，用于控制所述石墨坩堝的運(yùn)動(dòng)，其中所述提拉頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和坩堝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的具體種類不受限制，只要能夠使相應(yīng)的生長室和石墨坩堝進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，加快SiC晶型單一化形成的反應(yīng)速率即可；所述上測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述上測(cè)孔相連，所述下測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述下測(cè)孔相連，根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，所述上測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置和下測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置的具體種類不受限制，只要能夠精確檢測(cè)溫度即可；所述中頻感應(yīng)加熱電源一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)相連，為所述晶體生長室提供電源，通過控制中頻感應(yīng)加熱電源控制溫度；所述水冷系統(tǒng)一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述晶體生長室連通， 其中，所述水冷系統(tǒng)的具體種類不受限制，只要能夠?qū)λ鼍w生長室內(nèi)部進(jìn)行冷卻，控制室內(nèi)的溫度即可；所述真空測(cè)量裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述晶體生長室連通，用于測(cè)量所述晶體生長室內(nèi)部的真空度；所述真空裝置與所述晶體生長室相連，用于將所述晶體生長室內(nèi)部抽真空，優(yōu)選的，所述真空裝置為真空泵。

在本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種利用前面所述的裝置進(jìn)行SiC晶型單一化生長的方法，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，圖2是本實(shí)用新型SiC晶型單一化的制備方法流程圖，參照?qǐng)D2所示，所述方法包括以下步驟：

步驟一：準(zhǔn)備所述晶體生長的裝置，將所述氣體過濾系統(tǒng)、保護(hù)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)、晶體生長室和控制系統(tǒng)進(jìn)行連接。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，圖1是本實(shí)用新型的SiC晶體單一化生長的裝置框圖，參照?qǐng)D1所示，所述裝置包括：氣體過濾系統(tǒng)、保護(hù)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)、晶體生長室、控制系統(tǒng)和真空裝置。

步驟二：將高純的碳化硅粉料經(jīng)過嚴(yán)格的清潔處理，采用所述真空裝置對(duì)所述晶體生長室內(nèi)部抽真空，利用所述真空測(cè)量裝置進(jìn)行檢測(cè)，在真空度為1-2×10^-3pa，氣體流量為：90-110 sccm的高真空條件下，通過所述氣體過濾系統(tǒng)通入高純氬氣或者氬氣和氫氣的混合氣體，放置在真空室中的高純石墨坩堝內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，圖1是本實(shí)用新型的SiC晶體單一化生長的裝置框圖，參照?qǐng)D1所示，所述晶體生長室包括：上測(cè)孔、下測(cè)孔、自動(dòng)控溫系統(tǒng)和石墨坩堝，所述上測(cè)孔位于所述晶體生長室的上端，所述下測(cè)孔位于所述晶體生長室的下端，所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)設(shè)置在所述晶體生長室的側(cè)面，與中頻感應(yīng)加熱電源相連，所述石墨坩堝位于所述晶體生長室的內(nèi)部，所述真空測(cè)量裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述晶體生長室連通，用于測(cè)量所述晶體生長室內(nèi)部的真空度；所述真空裝置與所述晶體生長室相連，用于將所述晶體生長室內(nèi)部抽真空，優(yōu)選的，所述真空裝置為真空泵。

步驟三：通過所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)，利用所述中頻感應(yīng)加熱電源對(duì)所述石墨坩堝加熱至1500-1600℃，利用所述上測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置和下測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，使得溫度起伏的波動(dòng)范圍為±30-±80℃，同時(shí)維持或者不斷調(diào)節(jié)所述質(zhì)流閥的開啟狀態(tài)以調(diào)整機(jī)械真空泵的抽氣速率，達(dá)到改變所述晶體室中氬氣的壓力起伏，所述氬氣的壓力起伏范圍為0-0.2×10^-3pa，進(jìn)行晶體的生長，生長過程的維持時(shí)間為30-50min，此外，通過所述提拉頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和所述坩堝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，加快SiC晶型單一化形成的反應(yīng)速率。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，圖1是本實(shí)用新型的SiC晶體單一化生長的裝置框圖，參照?qǐng)D1所示，所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)設(shè)置在所述晶體生長室的側(cè)面，與中頻感應(yīng)加熱電源相連，其中，根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，本實(shí)用新型所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)的具體種類不受限制，只要能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)所述晶體生長室內(nèi)部的溫度，且具備保證生長過程中溫度起伏的控制能力即可，所述石墨坩堝位于所述晶體生長室的內(nèi)部，將高純的碳化硅粉料經(jīng)過嚴(yán)格的清潔處理，在真空度達(dá)到1-2×10^-3pa，氣體流量設(shè)定為：90-110 sccm的高真空條件下，通入高純氬氣或者氬氣和氫氣的混合氣體，放置在真空室中的高純石墨坩堝內(nèi)，控制SiC晶型單一化的形成。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，參照?qǐng)D1所示，所述提拉頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分別與所述控制系統(tǒng)和上測(cè)孔相連，用于控制所述晶體生長室的抖動(dòng)，所述坩堝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)一端與所述控制系統(tǒng)相連，一端與所述石墨坩堝相連，用于控制所述石墨坩堝的運(yùn)動(dòng)，其中所述提拉頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和坩堝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的具體種類不受限制，只要能夠使相應(yīng)的生長室和石墨坩堝進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，加快SiC晶型單一化形成的反應(yīng)速率即可；所述上測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述上測(cè)孔相連，所述下測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述下測(cè)孔相連，根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，所述上測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置和下測(cè)孔溫度檢測(cè)裝置的具體種類不受限制，只要能夠精確檢測(cè)溫度即可；所述中頻感應(yīng)加熱電源一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述自動(dòng)控溫系統(tǒng)相連，為所述晶體生長室提供電源，通過控制中頻感應(yīng)加熱電源控制溫度。

步驟四：通過所述水冷系統(tǒng)，控制溫度速率在50-80℃/h，進(jìn)行降溫，完成3C-SiC 薄片晶體的成長制備。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，參照?qǐng)D1所示，所述水冷系統(tǒng)一端與所述控制系統(tǒng)相連，另一端與所述晶體生長室連通， 其中，所述水冷系統(tǒng)的具體種類不受限制，只要能夠?qū)λ鼍w生長室內(nèi)部進(jìn)行冷卻，控制室內(nèi)的溫度即可。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用本實(shí)用新型所述控制SiC晶型單一化生長的裝置，該裝置系統(tǒng)控制簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性強(qiáng)，精確度高并且功能全面，利用高純石墨坩堝內(nèi)壁自然溶解于硅熔體中形成碳飽和的硅溶液，晶體生長初期發(fā)生自發(fā)成核，3C-SiC晶核優(yōu)先于6H-SiC形成，隨著3C-SiC 晶核的不斷形成，熔體趨于飽和狀態(tài)，因而熔體過飽和狀態(tài)的起伏波動(dòng)，有利于3C-SiC 晶核的形成，在石墨坩堝表面生長3C-SiC 薄片晶體，抑制6H-SiC晶型的生成 ，并且具有晶體生長速率快和生成3C-SiC 薄片晶體幾率高等優(yōu)點(diǎn)。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。

在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“連接”、“連通”等術(shù)語應(yīng)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(jī)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(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“下”、“側(cè)面”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、 或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。