一种单晶生长装置

本发明涉及单晶制备设备领域，尤其涉及一种单晶生长装置。

背景技术：

1、碳化硅单晶衬底材料是晶体材料的一种，属于宽禁带半导体材料，具有耐高压、耐高温、高频、低损耗等优势，是制备大功率电力电子器件以及微波射频器件的基础性材料。目前sic晶体的生长方法主要有物理气相传输法(pvt法)、高温化学气相沉积法(htcvd法)、液相法等。其中，pvt法是已发展较为成熟，更适用于产业化批量生产的方法。物理气相传输法(pvt法)是一种制备sic单晶衬底材料的主流方法。所谓pvt法，其生长原理为高温下的原料升华分解，在驱动力作用下向低温区传输，在籽晶区域发生沉积。也就是指将sic籽晶放置在坩埚顶部，将sic粉料作为原料放置在坩埚底部，在高温低压的密闭环境下，sic粉料升华，并在温度梯度和浓度差的作用下向上传输至籽晶附近，达到过饱和状态后再结晶的一种方法。该方法可以实现sic晶体尺寸和特定晶型的可控生长。

2、原料的升华行为直接影响到晶体生长速率，由外及内的传热机制决定了原料内部的温度较外部低，以致原料内部的原料不能够很好的利用，进而降低原料的升华速率、利用效率。而且，该现象在生长大尺寸晶体过程中愈发明显。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，至少克服一个，提出了一种单晶生长装置。

2、本发明采取的技术方案如下：

3、本技术提供一种单晶生长装置，包括坩埚、感应加热器以及感应加热体；

4、所述坩埚用于放置原料；

5、所述感应加热器设置在所述坩埚外周侧，所述感应加热器用于对坩埚以及坩埚内的原料进行加热，所述感应加热器包括感应线圈以及为所述感应线圈供电的电源；

6、所述感应加热体设置在所述坩埚内部并将所述坩埚内部至少分隔成第一放料空间以及第二放料空间，所述感应加热体用于辅助所述感应加热器对坩埚内的原料进行加热，所述感应加热体为导体，所述感应加热体的加热源为所述感应加热器。

7、实际使用时，线圈和电源相连，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感应加热体的交变磁场并使感应加热体的内部产生电流，依靠这些涡流的能量使感应加热体被加热。通过线圈加热坩埚内部的感应加热体，使得坩埚内部原料的温度得以提高以及原料内部升华得到增强，进而提高原料的升华速率及利用效率。

8、进一步的，所述感应加热体的材质为石墨，所述感应加热体为圆环柱状体结构；

9、所述坩埚周侧的壁厚为5mm～10mm；所述感应线圈的频率在500hz～10000hz之间。

10、石墨是热的优良导体，石墨材质的感应加热体具有良好的导电性，同时与原料接触不发生粘连，也会对原料升华效率造成影响。连续闭合的环状结构确保感应加热体在线圈的加热下产生涡流，感应加热体的柱状体结构与坩埚的柱状体结构相同，利于使用过程中坩埚内部的原料被均匀加热。

11、较低的感应线圈频率可以使磁感应线穿过坩埚壁到达原料内部的感应加热体；坩埚周侧的壁厚过厚或者感应线圈频率过高不易使感应加热体产生感应电流，影响原料内部的石墨感应加热体被加热。

12、本技术还提供一种单晶生长装置，包括坩埚、感应加热器、至少一个感应加热体以及石墨桶；

13、所述石墨桶设置在所述坩埚内部并与所述坩埚同轴线设置，所述石墨桶向内形成有放料空间，所述放料空间用于放置单晶生长用原料；

14、所述感应加热器设置在所述坩埚外周侧，所述感应加热器用于对坩埚以及石墨桶内的原料进行加热，所述感应加热器包括感应线圈以及为所述感应线圈供电的电源；

15、至少一个所述感应加热体设置在所述石墨桶内部并将所述放料空间至少分隔成第一放料空间以及第二放料空间，所述感应加热体与所述石墨桶同轴线设置，所述感应加热体用于辅助所述感应加热器对石墨桶内的原料进行加热，所述感应加热体为导体，所述感应加热体的加热源为所述感应加热器。

16、实际使用时，感应加热器对坩埚进行加热，所述坩埚内设置的所述石墨桶可以起到热传递以及热均衡的作用。

17、本技术提供的单晶生长装置通过感应加热体对内部原料进行加热，使第一放料空间以及第二放料空间的温度保持近似相同，以获取更均匀的加热以及升华效果。

18、实际使用时，根据坩埚尺寸的大小以及石墨桶尺寸的大小，设置多个感应加热体的同时适当降低感应线圈的频率，以获取更好的加热以及升华效果。

19、进一步的，所述感应加热体的材质为石墨，所述感应加热体为圆环柱状体结构；

20、所述坩埚周侧的壁厚为5mm～10mm；所述感应线圈的频率在500hz～10000hz之间。

21、进一步的，石墨桶的外径小于所述坩埚的内径，并在所述坩埚内壁与所述石墨桶外壁之间形成有气流升华通道；

22、所述石墨桶的桶壁上设置有第一气孔，所述第一气孔用于供所述石墨桶内部原料的升华气流流出并通过所述气流升华通道流向结晶处，所述第一气孔还用于过滤原料中的杂质颗粒；

23、设置有所述第一气孔的所述石墨桶上不产生涡流，不被所述感应加热器所加热。

24、石墨桶的外径小于所述坩埚的内径便于使原料增大升华面以及在石墨桶外壁与坩埚内壁之间形成周侧气流升华通道，以增强原料的升华。

25、桶壁上设置第一气孔使石墨桶上不产生涡流，第一气孔的设置一方面可以使磁感线进入石墨桶内部，并在所述感应加热体上形成涡流以实现加热目的，另一方面可以使在原料增大升华面同时使升华气氛能够从石墨桶内流向籽晶处。

26、进一步的，所述第一气孔的孔隙率0.2～0.8之间；所述第一气孔的内径小于1μm。

27、第一气孔的内径小于原料的外径尺寸，防止原料从石墨桶内滑落出。

28、进一步的，所述石墨桶还包括上盖，所述上盖与石墨桶的桶本体扣合，所述上盖上设置有第二气孔，所述第二气孔用于供所述石墨桶内部原料的升华气流通过以及过滤原料中的杂质颗粒。

29、进一步的，所述第二气孔的孔隙率在0.2～0.8之间。孔隙率过大不利于过滤原料中的杂质颗粒，过小不利于石墨桶内部原料的升华气流通过。

30、进一步的，所述上盖上设置有投料口，所述投料口用于向石墨桶的放料空间内添加原料；

31、所述坩埚还包括坩埚盖，所述坩埚盖与坩埚本体扣合，所述坩埚盖上设置有籽晶，所述籽晶用于给升华后的原料提供结晶基底。

32、进一步的，所述坩埚底部设置有第一安装部以及第二安装部，所述第一安装部用于将所述感应加热体安装在所述坩埚上；

33、所述第二安装部用于将所述石墨桶安装在所述坩埚上。

34、第一安装部以及第二安装部可以使感应加热体和/或石墨桶更平稳的安装在坩埚上。

35、进一步的，感应线圈可沿坩埚的轴线方向移动，实际使用时，沿轴向调整线圈到合适的位置，可以控制原料区的温度高于籽晶区域，以保证生长所需的温度梯度。

36、本发明的有益效果是：

37、(1)单晶生长装置通过线圈加热坩埚内部的感应加热体，再通过感应加热体对内部原料进行加热，使得坩埚内部原料的温度得以提高，且使第一放料空间以及第二放料空间的温度保持近似相同，从而使原料内部升华得到增强，原料的升华速率及利用效率得到提高。

38、(2)多孔的石墨桶壁使石墨桶上不产生涡流，第一气孔的设置一方面可以使磁感线进入石墨桶内部，并在所述感应加热体上形成涡流以实现加热目的，另一方面可以使在原料增大升华面同时使升华气氛能够从石墨桶内流向籽晶处。

39、(3)根据坩埚尺寸的大小以及石墨桶尺寸的大小，设置多个感应加热体的同时适当降低感应线圈的频率，以获取更好的加热以及升华效果。