一种碳化硅蒸汽制备装置的制作方法

1.本实用新型涉及碳化硅晶锭生长设备技术领域，尤其涉及一种碳化硅蒸汽制备装置。


背景技术：

2.目前碳化硅单晶锭主要量产技术为籽晶升华法，也被称为物理气相输运生长法pvt。籽晶升华法是在真空环境下，对碳化硅源料加热，使碳化硅源料升华为气相物质，碳化硅源料升华的主要气相物质是si、si2c、sc2。之后载气把气相物质输运到籽晶位置上以凝固的方式生长单晶锭。晶锭生长过程中，长时间使用高纯度的载气如氩ar或氦he。碳化硅源料放置在石墨坩埚内，一般是通过射频感应或电阻加热至2300
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2400℃，籽晶温度设定在比蒸发源温度低约100℃，这样使得升华的碳化硅sic物质可以在籽晶结晶，如图1所示。
3.生长温度在2300
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2400℃时，从碳化硅源料输运到籽晶的主要物质是si、c、sic、si2c、sic2。由于碳化硅sic源料中硅si的优先蒸发，使得在升华法生长过程中，发生源料的石墨化。同时在源料中富碳颗粒与石墨颗粒陶瓷体会发生绕结，并形成由底部向上并朝纵轴向上汇聚的孔道，底部生成的气相组成分沿着这些孔道向气相区输运。生长源料是没办法充份的利用，生长时间越长，源料石墨化会越重，陶瓷颗粒加大，并把纵轴向上汇聚的孔道堵塞，使底部生成的气相物质成分无法向上输运。源料石墨陶瓷化会造成源料气相物质枯竭，晶锭生速率在很大程度上受限制，同时还使得籽晶升华法难以制备大尺寸碳化硅单晶锭。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种碳化硅蒸汽制备装置，其能够杜绝生长源料发生石墨陶瓷化现象。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
6.一种碳化硅蒸汽制备装置，其包括进料机构、分离机构和气相输运机构；所述进料机构设置在分离机构的上端，所述气相输运机构设置在分离机构的侧部；
7.所述进料机构包括料槽、台柱、盖板和激光模块；所述料槽和台柱配合形成一横截面为新月状、截面大小自上而下递减且倾斜的进料通道；所述盖板可拆卸地封堵进料通道上端的进料口；所述激光模块发射的激光照射到进料通道下端的出料孔；
8.所述分离机构包括封闭的腔体，所述出料孔连通该腔体；所述腔体的一侧设有用于通载气的若干进气口，腔体相对的另一侧设有出气口，腔体的底部设有回收槽；
9.所述气相输运机构包括石墨通道以及对石墨通道加热的加热部件；所述石墨通道与出气口连通。
10.优选地，所述料槽的底面低于台柱的底面形成错位的出料孔，台柱的底部边角设为圆角。
11.优选地，所述进料机构还包括用于对所述进料通道产生振动的超声波振荡机。
12.优选地，所述盖板上设有一连通进料通道的用于通载气的第一进气孔。
13.优选地，所述台柱上设有贯穿其的通气管，该通气管用于通载气，通气管的出口靠近所述出料孔设置；所述通气管的进口设置在立柱的侧边或顶面，通气管设置在立柱的顶面时，所述盖板还封盖立柱的顶部，在盖板上设有与通气管配合的第二进气孔。
14.优选地，所述料槽与盖板通过法兰连接。
15.优选地，所述台柱的下端设有用于固定激光模块的沟槽。
16.优选地，所述进气口的数量为两个，两个进气口在腔体侧壁上上下对齐且正对出气口。
17.优选地，还包括用于包裹所述石墨通道的保温层。
18.优选地，所述加热部件包括缠绕在石墨通道外周的射频线圈以及与射频线圈连接的射频电源。
19.采用上述方案后，本实用新型通过进料通道少量地进行投料，通过脉冲激光束对投料照射源料，使得源料吸收大量光能后，其表面或外层的碳化硅分子团会快速升华出气相物质，形成碳化硅蒸汽，之后通过载气输送并沿石墨通道输送至晶锭生长装置。本实用新型通过进气口通载气将气相物质输运走，而暂未升华的源料掉落回收槽，进而实现固气分离，因为加热升华的加热点固定，而源料连续替换，源料不会发生石墨陶瓷化的现象。而未被完全利用的源料经过简单的除碳处理即可重新利用，源料的综合利用率更高。
附图说明
20.图1为籽晶升华法生长碳化硅的示意图；
21.图2为本实用新型的示意图；
22.图3为进料装置的示意图；
23.图4为进料装置另一视角的示意图。
24.标号说明：
25.进料机构10，料槽11，台柱12，沟槽121，通气管122，圆角123，盖板13，第一进气孔131，第二进气孔132，激光模块14，超声波振荡器15，进料通道16，进料口161，出料孔162；
26.腔体21，进气口22，出气口23，回收槽24；
27.石墨通道31，射频线圈32，保温层33。
具体实施方式
28.如图2
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4所示，本实用新型揭示了一种碳化硅蒸汽制备装置，其包括进料机构10、分离机构和气相输运机构。进料机构10设置在分离机构的上端，气相输运机构设置在分离机构的侧部。
29.进料机构10包括料槽11、台柱12、盖板13、激光模块14和超声波振荡机。料槽11呈半漏斗状，料槽11和台柱12配合形成一个横截面为新月状、截面大小自上而下递减且倾斜的进料通道16。料槽11的底面低于台柱12的底面，进而形成一个错位的出料孔162，台柱12靠近出料孔162的底部边角设为圆角123。在台柱12的下端设有一用于固定激光模块14的沟槽121，激光模块14设置在台柱12外部，激光模块14发射的激光穿过沟槽121照射到这个出料孔162上。超声波振荡机则用于对进料通道16产生振动。
30.台柱12的顶面和料槽11的槽口平齐，盖板13封堵进料通道16上端的进料口161以及台柱12的顶部，具体地，盖板13通过法兰与台柱12和料槽11连接，本实用新型中法兰连接是作为优选，其它的可拆卸连接方式亦可。法兰的设置还可以对料槽11起到稳固作用。
31.在盖板13上设有一连通进料通道16的用于通载气的第一进气孔131，第一进气孔131通载气使得升华气相物质能够被吹离进料通道16，加强升华气相物质的利用率。另外，在台柱12上设有贯穿其的通气管122，该通气管122用于通载气，通气管122的出口靠近出料孔162设置。通气管122的进口设置在立柱的侧边或顶面，当通气管122设置在立柱的顶面时，盖板13还封盖立柱的顶部，在盖板13上设有与通气管122配合的第二进气孔132。
32.分离机构包括封闭的腔体21，出料孔162连通该腔体21。在腔体21的一侧设有用于通载气的两个进气口22，两个进气口22在腔体21侧壁上上下对齐；在腔体21相对的另一侧设有出气口23，进气口22正对出气口23。腔体21的底部则设有回收槽24。
33.气相输运机构包括石墨通道31、包裹石墨通道31的保温层33以及对石墨通道31加热的加热部件，石墨通道31与出气口23连通。加热部件包括缠绕在石墨通道31外周的射频线圈32以及与射频线圈32连接的射频电源。
34.把颗粒状或粉状的碳化硅源料放置到进料通道16内，源料受重力向出料孔162流动，因为进料通道16呈倾斜，流速不会大甚至会停滞，而超声波振荡器15可以对进料空间产生振动，为源料提供动能进行流动，因此可以通过超声波振荡器15控制源料的动状态。激光模块14发出的二氧化碳脉冲激光束直线照射在出料孔162处的源料上，源料吸收大量光能后，表面或是外层的碳化硅部份分子团会升华出气相气相物质。未被吸收的激光，会漫射进粉料内，被其他碳化硅分子吸收（光束与反射面呈非直角关系），起到一定的预热做用。升华的气相物质会被从第一进气孔131和第二进气孔132的通入的载气混合并带进分离机构，再被进气口22通入的载气携带进入气相输运机构。在气相输运机构中，感应线圏通上射频电源，石墨通道31成为发热体而建立了一个输运热场，可以抑制气相物质输运过程中发生凝固。
35.未发生升华的固相物质会受重力运动也进入分离机构，并掉进回收槽24中。固相物质是富碳的碳化硅分子团，经过简单的除碳处理后，可以重复利用。
36.本实用新型的关键在于，通过进料通道16少量地进行投料，通过脉冲激光束对投料照射源料，使得源料吸收大量光能后，其表面或外层的碳化硅分子团会快速升华出气相物质，形成碳化硅蒸汽，之后通过载气输送并沿石墨通道31输送至晶锭生长装置。本实用新型通过进气口22通载气将气相物质输运走，而暂未升华的源料掉落回收槽24，进而实现固气分离，因为加热升华的加热点固定，而源料连续替换，源料不会发生石墨陶瓷化的现象。而未被完全利用的源料经过简单的除碳处理即可重新利用，源料的综合利用率更高。
37.以上所述，仅是本实用新型实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。