一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的制作方法

1.本实用新型涉及碳化硅单晶生长炉技术领域，特别是涉及一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉。


背景技术：

2.目前的碳化硅单晶生长炉感应线圈置于炉体外侧，炉体一般用石英管制成，对磁场几乎无干扰，内部放置石墨隔热材，隔热材内部为承料坩埚，下方为粉源，上方放置碳化硅籽晶，感应线圈与交流电源相连，电源为线圈提供交变电流，流过线圈的交变电流产生一个通过石墨坩埚的交变磁场，该磁场使石墨坩埚产生涡流来加热，通过控制轴向温度梯度，下部碳化硅粉源处温度高，籽晶生长面温度低，使得碳化硅粉末升华后在籽晶生长面重新结晶，生成晶格与籽晶相同，且性能良好的碳化硅单晶。
3.传统的碳化硅单晶生长炉使用的感应加热线圈一般为长条的方紫铜管弯制成螺旋线上升的样式，此加工方式导致感应线圈在每一处相对于被加热工件都有一个倾斜角，导致每匝线圈相对与轴线是不对称的，因此在同一水平截面处的磁场强度并不对称，径向的各方向的温度会产生差异，加热不够均匀。在碳化硅单晶生长炉中，由于需要高精度的控制径向温度均匀性的，难以满足使用要求。且当线圈匝数较少时，线圈匝分布稀疏时，螺升角增加，不对称现象会更加严重。


技术实现要素：

4.为解决以上技术问题，本实用新型提供一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，以提高加热的均匀性，更好的控制径向温度。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
6.本实用新型提供一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，石墨坩埚外部设置有至少一组感应线圈；所述感应线圈为阶梯式或并联式或螺旋式中的至少一种。
7.可选的，所述感应线圈为阶梯式，所述感应线圈包括水平段和上升段；所述上升段的端部与所述水平段的端部相连接；所述上升段倾斜或竖直设置。
8.可选的，所述感应线圈为并联式，所述感应线圈包括两个竖直段和多个水平段，所述多个水平段的一端与一个所述竖直段相连接，所述多个水平段的另一端与另一个所述竖直段相连接。
9.可选的，所述感应线圈的电流流出接头和电流流入接头之间设置有绝缘垫。
10.可选的，所述石墨坩埚的坩埚籽晶区域和碳化硅源粉区域分别设置有至少一组所述感应线圈。
11.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
12.本实用新型中的对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，坩埚外部的多个线圈可以单独控制，阶梯式感应线圈大部分对称，水平段处电流产生的磁感应线与石墨坩埚垂直，加热效率更高，径向温度更加均匀，因上升段很短，且由于加热工件自身热量的传导，线
圈上升段产生的磁感线对整体影响很小。即使线圈闸数较少，仍能保证磁感线与石墨坩埚垂直，从而使得加热工件径向温度较传统的螺旋线形式感应线圈加热更加均匀，可以更好的控制径向温度。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
14.图1为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第一种实施例的结构示意图；
15.图2为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第一种实施例中感应线圈侧向结构示意图；
16.图3为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第一种实施例中感应线圈的俯视结构示意图；
17.图4为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第二种实施例的结构示意图；
18.图5为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第二种实施例中感应线圈侧向结构示意图；
19.图6为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第二种实施例中感应线圈的俯视结构示意图；
20.图7为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第三种实施例的结构示意图；
21.图8为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第三种实施例中感应线圈侧向结构示意图；
22.图9为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第三种实施例中感应线圈的俯视结构示意图；
23.图10为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第四种实施例的结构示意图；
24.图11为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第四种实施例中感应线圈侧向结构示意图；
25.图12为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第四种实施例中感应线圈的俯视结构示意图；
26.图13为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第五种实施例的结构示意图；
27.图14为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第五种实施例中感应线圈侧向结构示意图；
28.图15为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第五种实施例中感应线圈的俯视结构示意图；
29.图16为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第六种实施例的结构示意图；
30.图17为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第六种实施例中感应线圈侧向结构示意图；
31.图18为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第六种实施例中感应线圈的俯视结构示意图；
32.图19为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第七种实施例的结构示意图；
33.图20为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第七种实施例中感应线圈侧向结构示意图；
34.图21为本实用新型对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉的第七种实施例中感应线圈的俯视结构示意图。
35.附图标记说明：1、电流流出接头；2、电流流入接头；3、感应线圈；4、石墨坩埚；5、绝缘垫；6、坩埚籽晶区域；7、碳化硅源粉区域。
具体实施方式
36.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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
37.实施例一
38.如图1至3所示，本实施例提供一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，石墨坩埚4外部设置有一组阶梯式感应线圈3。所述感应线圈3包括水平段和上升段；所述上升段的端部与所述水平段的端部相连接；所述上升段倾斜设置。更进一步的，感应线圈3的两端分别为电流流出接头1和电流流入接头2。
39.本实施例中，上升段尽可能的短，此结构由于感应线圈3大部分对称，水平段处电流产生的磁感应线与石墨坩埚4垂直，加热效率更高，径向温度更加均匀，因上升段很短，且由于加热工件自身热量的传导，线圈上升段产生的磁感线对整体影响很小。即使线圈闸数较少，仍能保证磁感线与石墨坩埚4垂直，从而使得加热工件径向温度较传统的螺旋线形式感应线圈3加热更加均匀，可以更好的控制径向温度。
40.实施例二
41.如图4至6所示，本实施例是在实施例一的基础上改进的实施例，本实施例中上升段竖直设置。
42.实施例三
43.如图7至9所示，本实施例提供一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，石墨坩埚4外部设置有一组并联式感应线圈3。感应线圈3包括两个竖直段和多个水平段，所述多个水平段的一端与一个所述竖直段相连接，所述多个水平段的另一端与另一个所述竖直段相连接。一个竖直段设置有电流流出接头1，另一个竖直段设置有电流流入接头2。电流流出接头1和电流流入接头2之间设置有绝缘垫5。
44.感应线圈3由多匝平行且对称的圆环紫铜管并联制成，多个单匝线圈采用同一个电源流入口和同一个电源流出口，此结构可以保证每匝线圈产生的磁感线都垂直通过被加热坩埚，加热更加均匀。同时线圈匝间距可以任意分配，可以根据加热需要设计各种不同间距的感应线圈3，在改变匝间距的同时，仍然能保证磁感线垂直通过石墨坩埚4，在碳化硅生长炉中，通过改变感应线圈3的间距，籽晶处线圈较稀疏，使得籽晶处的温度低，粉源处线圈较密，使得碳化硅源粉处的温度高，形成所需要轴向温度差，提高碳化硅晶体的生长速度，使生成的碳化硅晶体性能良好。
45.实施例四
46.如图10至12所示，本实施例提供一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，石墨坩埚4外部设置有两组螺旋式感应线圈3。
47.实施例五
48.如图13至15所示，本实施例提供一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，本实施例中，在籽晶区域单独使用一个感应线圈3，在下方碳化硅源粉区域7使用另一个感应线圈3，两个感应线圈3分别连接驱动电源，使得两个线圈产生的磁场可以独立控制，更好的控制温度梯度，使得籽晶质量上升。当籽晶生长结束后，也可以通过籽晶区域的线圈单独对生长结束的晶体进行退火处理，减小晶体内部的应力，提高晶体质量。
49.实施例六
50.如图16至18所示，本实施例提供一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，本实施例中，坩埚外部设置于三个阶梯式感应线圈3，每个感应线圈3分别连接驱动电源，使得三个线圈产生的磁场可以独立控制，更好的控制温度梯度，使得籽晶质量上升。
51.实施例七
52.在某些不需要水平分割加热区域的场合，也可以采用下方使用螺旋式感应线圈，上方使用并联式感应线圈的方式进行分区加热。
53.如图19至21所示，本实施例提供一种对称型感应线圈结构的碳化硅单晶生长炉，本实施例中，在坩埚上部的坩埚籽晶区域6设置一组并联式感应线圈3，在坩埚其他部位设置一组螺旋式感应线圈3，使用两个感应电源分别连接一路螺旋式感应线圈3，一路并联式的感应线圈3进行工作。
54.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
55.本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。