一种石墨坩埚内部积炭深度清理装置及清理工艺的制作方法

本发明涉及碳化硅制备，特别涉及一种石墨坩埚内部积炭深度清理装置及清理工艺。

背景技术：

1、碳化硅长晶炉是一种用于生产或培养碳化硅单晶的设备。碳化硅是一种先进的半导体材料，在高温、高频、高功率应用方面具有重要的应用潜力。

2、在利用碳化硅长晶炉制备碳化硅晶体时，采用石墨坩埚时内腔将有较为严重的积炭（即深度积炭）出现，其出现的原因具体包括如下原因：一，石墨坩埚内的碳源会发生挥发，其中的碳原子会沉积在石墨坩埚内腔表面导致积炭的形成；二，热解产物析出：在高温下，碳化硅晶体制备过程中溶剂中的一些物质，如挥发性有机物或杂质，会发生热解反应产生碳的析出物，这些碳质物质也会在石墨坩埚内腔表面沉积形成积炭；三，气氛中的杂质：制备过程中气氛中的杂质，例如氧气、水蒸气等，可能会与碳源或其他反应产物发生反应，生成二氧化碳等气体，并释放出副产物如碳黑，导致积炭。积炭的存在会形成热传导层，降低石墨坩埚的热传导性能，导致温度在石墨坩埚内部分布不均匀。这会导致碳化硅晶体生长过程中形成的晶面不均匀，影响晶体生长速率和晶体质量，且积炭会增加石墨坩埚内的热应力，长时间的积炭会导致石墨坩埚内部的热应力积累，从而导致石墨坩埚的开裂、破损甚至破裂。这不仅影响石墨坩埚的寿命，还可能导致破裂碎片进入晶体中，影响晶体的完整性和品质，因此在每次碳化硅晶体制备完成后均需要对积炭进行清理。

3、现有的清理方式通常分为两种，一，机械处理法，即使用刮板、刷子或其他类似工具，将石墨坩埚内部的积炭物理刮除。这种方法适用于较轻度的积炭，不适用深度积炭处理，适用范围较窄；二，化学清洗法，使用化学溶剂或酸碱溶液对石墨坩埚进行清洗。例如，可以使用浓硝酸或氢氟酸等强腐蚀性溶液，经过一定的浸泡和搅拌，将积炭溶解或分解。然后用清水冲洗干净即可。此法适用于深度积炭处理，且处理效果好，但是此法存在如下问题：一，如果清洗不彻底，可能会留下化学残留物或引入新的污染物质；二，虽然石墨的化学惰性较强，但在某些化学溶剂或酸碱溶液长时间浸泡后可能对石墨结构中的一些原子键产生微小的改变，影响其性能，三，化学溶剂或酸碱溶液会腐蚀石墨坩埚的外表面或内部结构，导致石墨坩埚的表面粗糙，甚至产生裂纹或破损。这会降低石墨坩埚的使用寿命和使用性能。

4、针对利用化学清洗法对深度积炭进行处理时容易引入新的污染物质、改变石墨结构、表面粗糙，甚至产生裂纹或破损等技术问题，本技术提供了一种石墨坩埚内部积炭深度清理装置及清理工艺来满足需求。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种石墨坩埚内部积炭深度清理装置及清理工艺，用于解决现有技术对石墨坩埚内深度积炭进行处理时容易引入新的污染物质、改变石墨结构、表面粗糙，甚至产生裂纹或破损等技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种石墨坩埚内部积炭深度清理装置，包括放置有石墨坩埚的承载板，还包括深度水洗单元，用于对所述石墨坩埚内壁进行水洗；升降单元，用于带动所述深度水洗单元插入或移出所述石墨坩埚内腔；

3、所述深度水洗单元包括旋转冲洗单元，在向所述石墨坩埚内腔进行加液的同时利用高压喷射出的水流带动所述旋转冲洗单元进行旋转上升运动，对所述石墨坩埚的内侧壁和内底部由下至上进行全面高压冲洗；超声波清洗单元，用于对所述石墨坩埚内部进行超声波清洗；循环输液单元，用于将所述清洗液输送至所述旋转冲洗单元中，并可对清洗后的废液进行净化后循环使用，所述清洗液采用去离子水；

4、所述升降单元安装在所述承载板上，所述深度水洗单元安装在所述升降单元上。

5、优选的，所述升降单元包括呈三角形设置的两个立柱和一个电动伸缩杆，两个所述立柱和一个所述电动伸缩杆均固定在所述承载板上，两个所述立柱上滑动设置有活动板，两个所述活动板的上端和一个所述电动伸缩杆的输出端均与盖合在所述石墨坩埚上的罩体的外壁固定连接，所述罩体的轴心处设置有内部带有螺旋凹槽的通孔，且所述通孔的下方设置有容物腔，所述容物腔的下方设置有与所述石墨坩埚上端接触的接触台阶，所述接触台阶上设有弹性密封环；

6、所述旋转冲洗单元包括与所述螺旋凹槽滑动连接的旋转杆，所述旋转杆为螺旋结构并沿其轴向向上延伸，所述旋转杆的上下端面上均设有滚珠，所述旋转杆上下端外壁上均设有阻挡其旋转运动的阻挡块，所述旋转杆的上端通过安装有与其内部螺旋流道相通的连接管道，所述连接管道通过旋转接头与输液软管连接，所述输液软管与所述循环输液单元的出液端连接，所述旋转杆的下端呈圆周安装有多个导流管，且多个所述导流管上均设置有可对所述旋转杆提供旋转动力的第一喷液组和第二喷液组，所述第一喷液组和所述第二喷液组均与所述旋转杆内部螺旋流道相通，所述第一喷液组用于对所述石墨坩埚内侧壁进行冲洗，所述第二喷液组用于对所述石墨坩埚内底部进行冲洗；

7、所述超声波清洗单元包括若干个呈圆周设置的超声波振动棒，多个所述超声波振动棒均固定安装在所述旋转杆所围成的圆形腔内，所述超声波振动棒不随着所述旋转冲洗单元进行旋转上升运动。

8、优选的，所述循环输液单元包括位于多个所述超声波振动棒所围成的圆腔内且上端为开口的储液桶，所述储液桶通过两个连接杆与所述罩体连接，多个所述超声波振动棒均安装在所述储液桶上端的安装盘上，所述储液桶的内腔从上之下依次设置有漏水板、输液泵、过滤件和循环泵，所述输液泵的输液端与所述输液软管的进液端连接，所述输液软管中间段重量被所述漏水板承载，所述输液泵的下端贯穿所述过滤件并延伸至所述储液桶的内腔底部，所述循环泵的上下端分别贯穿所述过滤件和所述储液桶内腔底部，且上端出液口朝下设置，所述储液桶内位于所述过滤件下方所形成的容纳腔的空间大于储液桶外壁与所述石墨坩埚内部之间所形成的清洗腔空间，所述储液桶位于所述通孔的上端外壁上设有溢流开口。

9、优选的，所述第一喷液组包括若干个竖直向下倾斜排列且具有弧形流道的第一喷液头，所述第二喷液组包括若干个横向排列且具有弧形流道的第二喷液头，多个所述第二喷液头均向下倾斜设置，多个所述第二喷液头从左至右依次排列设置的出液口由向外倾斜逐渐转变成向内倾斜。

10、优选的，还包括助力单元，用于辅助所述旋转冲洗单元在水力的推动下做旋转上升的冲洗运动。

11、优选的，所述助力单元包括固定安装在所述罩体上的安装柱和一端与所述旋转接头上端转动连接的拉绳，所述安装柱的上端相对设置有两个定滑轮，所述拉绳套设在两所述定滑轮上，所述拉绳的另一端系有第一重物,所述第一重物的重量小于所述旋转冲洗单元的重量。

12、优选的，还包括增重单元，所述增重单元设置在两组，分别位于所述第一重物的两侧，所述第一重物的侧壁上呈三角形设置有两个导向轮和一个第二重物，两所述导向轮与所述第一重物转动连接，所述第一重物的侧壁上还固定有固定柱，所述增重单元包括可弯曲缠绕的磁性带，所述磁性带与所述安装柱磁性贴合安装，所述磁性带的下端被螺栓贯穿并固定在所述安装柱上，所述磁性带的上端缠绕在所述导向轮和所述第二重物上并与所述固定柱固定连接,所述第一重物的轴心安装有限位柱，且所述限位柱的两端分别位于相对应限位板上设有的限位凹槽内，所述限位板固定在所述第一重物的两侧。

13、优选的，所述磁性带包括弹性磁条，所述弹性磁条的底部固定有布料，所述布料可弯曲缠绕且不具备弹性。

14、一种石墨坩埚内部积炭深度清理装置的清理工艺，包括如下步骤，

15、s1:检查储液桶内部液位，使得其内部液位始终保持一定高度，并通过升降单元使得深度水洗单元插入石墨坩埚的内腔；

16、s2:通过输液泵清洗液抽送至旋转冲洗单元中，通过从第一喷液组和第二喷液组中喷出的清洗液产生的反作用带动旋转冲洗单元做旋转上升运动，实现对储桶加液的同时对石墨坩埚内壁从下至上进行全面清洗，再配合超声波清洗单元对积炭进行深度清洗，且采用边清洗边过滤循环使用的方式保证石墨坩埚内清洗液的清洁度；

17、s3:清洗完毕后，停止向输液泵工作，动旋转冲洗单元自动恢复原位，循环泵将石墨坩埚内的清洗液全部抽送至抽液桶中，再通过升降单元使得深度水洗单元恢复原位；

18、s4:最后利用烘干装置对石墨坩埚进行烘干处理即可，烘干温度控制在150℃至180℃

19、综上，本发明的技术效果和优点：

20、本发明结构合理，本装置采用高压去离子水冲洗和超声波清洗相结合的方式对石墨坩埚内腔的深度积炭进行处理，清洗效果好也不存在引入新杂质以及腐蚀问题，且利用高压水的反作用力带动旋转冲洗单元做旋转上升运动，实现对石墨坩埚内壁的全面清洗同时也使得在超声波清洗时旋转冲洗单元移出石墨坩埚内腔，避免阻碍气泡与石墨坩埚内壁面接触而影响清洗效果，同时采用边清洗边过滤循环使用的方式保护清洗液的洁净度，有利于提高清洗效果；

21、本发明中，还包括助力单元，利用第一重物自身的重力抵消旋转冲洗单元的大部分重力作用，从而使得通过水力作用更容易推动旋转杆进行旋转上升运动，同时在转冲洗单元不工作时，也不影响转冲洗单元通过自身重力作用恢复原位；

22、本发明中，还包括增重单元，使得作用在旋转冲洗单元上的悬空的输液软管重力不断变大的同时相对应地作用在第一重物上的磁性带的重力也在同等地增加，有利于旋转冲洗单元地稳定匀速运动。