一种电阻式和感应式双加热的碳化硅单晶生长装置的制作方法

1.本实用新型涉及晶圆制备领域，具体涉及一种电阻式和感应式双加热的碳化硅单晶生长装置。


背景技术：

2.碳化硅是一种具有独特物理和化学特性的
ⅳ‑ⅳ
族化合物材料，si原子和c原子的强化学键赋予了碳化硅非常高的硬度、化学稳定性和高热导率。碳化硅作为目前最具发展前景的半导体材料之一，展现出宽禁带，高临界电场强度和高饱和迁移速率等特性，这些特性使碳化硅在高温高压电力电子器件方面具有良好的发展前景。
3.物理气相传输(pvt)法是目前大尺寸，高质量碳化硅单晶首要制备技术，现有技术中的感应加热炉，仅在坩埚的侧壁环绕设置感应加热线圈，碳化硅粉体放置在底部，这种感应加热方法会导致外部石墨温度较高，中心处温度较低，因此底部的碳化硅粉末受热不均，靠近石墨坩埚壁的碳化硅粉料温度高，分解速度快，石墨坩埚中心处的粉料温度低，分解速度慢，随着反应时间的进行，石墨坩埚壁处的碳化硅粉料由于分解过快导致高度石墨化，石墨化后的碳化硅粉料会直接影响碳化硅单晶的生长速率以及生长质量。


技术实现要素：

4.本实用新型针对上述问题，提出了一种电阻式和感应式双加热的碳化硅单晶生长装置。
5.坩埚，具有开口和空腔，所述空腔用于容纳碳化硅粉末，所述坩埚的底部设有向所述空腔凹陷的凹槽；
6.坩埚盖，用于密封所述开口，所述坩埚盖紧贴所述开口的底面上设有籽晶；
7.石英管，套设在所述坩埚的外侧，所述石英管内侧壁与所述坩埚的外侧壁之间具有间隙；
8.保温层，设置在所述间隙中；
9.感应加热线圈，环绕设置在所述石英管的外周；
10.电阻加热部件，设置在所述凹槽内。
11.通过在保温层外环绕设置感应加热线圈，实现对坩埚的侧壁加热；通过设置电阻加热部件，实现对坩埚的底部的中心加热；感应加热线圈与电阻加热部件同时工作，保障坩埚内的碳化硅粉末受热均匀。
12.作为优选，所述电阻加热部件为环形石墨发热器，所述环形石墨加热器用于对所述凹槽的侧壁以及顶盖加热。
13.通过采用环形碳化硅发热器，保障对凹槽的快速加热，同时环形的外形增大碳化硅粉末的受热面积。
14.作为优选，所述坩埚的内侧壁具有环形安装部，所述坩埚盖覆盖在所述环形安装部上。
15.实际使用时，将坩埚盖卡在环形安装部上，安装方便快捷。
16.作为优选，所述环形安装部与所述坩埚盖之间设有橡胶密封圈。
17.通过设置橡胶密封圈，保障坩埚盖与坩埚之间的密闭性，提升碳化硅单晶的生长效率。
18.作为优选，所述坩埚盖扣合在所述坩埚上，所述坩埚盖与所述坩埚的侧壁之间设有橡胶密封圈。
19.实际使用时，坩埚盖直接扣合在坩埚上，设置在坩埚盖与坩埚之间的橡胶密封圈保障空腔内部的气压稳定。
20.作为优选，所述保温层为长纤维石墨保温毡制成的坩埚保温套，所述坩埚保温套包裹在所述坩埚的外侧壁上。
21.长纤维石墨保温毡的抗氧化能力强，保温性能好，还具备块状石墨的纯度高、耐高温、耐腐蚀、不熔融等特性。而且裁剪方便，易于加工，通过采用长纤维石墨保温毡制成的坩埚保温套，保温效果好，使用寿命长。
22.作为优选，所述石英管上设有上密封法兰和下密封法兰，所述上密封法兰和下密封法兰的内部均设有冷却水管道。
23.通过在石英管两端的开口分别设置上密封法兰和下密封法兰，实现对坩埚的整体密封。
24.作为优选所述上密封法兰上设有连通至石英管内部的穿孔。
25.通过上密封法兰上设有连通至石英管内部的穿孔，实现对晶体管的内部抽真空和输入惰性气体实现调节气压。
26.作为优选，所述感应加热线圈为螺旋式铜线圈，所述感应加热线圈内填充有冷却介质。
27.通过采用螺旋式铜线圈进行感应加热，达到加热速度快且节约电能的目的；通过在感应加热线圈内填充冷却介质，实现对感应加热线圈的快速降温，便于控制晶体管内部的温度。
28.作为优选，所述坩埚盖上设有把手。
29.通过在坩埚盖上设置把手，达到便于搬运坩埚盖的目的。
30.本实用新型的有益效果是：通过在保温层外环绕设置感应加热线圈，实现对坩埚的侧壁加热；通过设置电阻加热部件，实现对坩埚的底部的中心加热；感应加热线圈与电阻加热部件同时工作，保障坩埚内的碳化硅粉末受热均匀。
附图说明：
31.图1是电阻式和感应式双加热的碳化硅单晶生长装置的剖视图；
32.图2是凹槽和电阻加热部件得分体示意图；
33.图3是坩埚的示意图；
34.图4是坩埚盖的示意图；
35.图5是坩埚盖另一角度示意图。
36.图中各附图标记为：
37.1、坩埚；2、空腔；4、凹槽；5、坩埚盖；6、穿孔；7、籽晶；8、保温层；9、感应加热线圈；
10、电阻加热部件；12、石英管；13、把手。
具体实施方式：
38.下面结合各附图，对本实用新型做详细描述。
39.如图1-图5所示，一种电阻式和感应式双加热的碳化硅单晶生长装置，包括：
40.坩埚1，具有开口和空腔2，所述空腔2用于容纳碳化硅粉末，所述坩埚1的底部设有向所述空腔2凹陷的凹槽4；
41.坩埚盖5，用于密封所述开口，所述坩埚盖5紧贴在所述开口的底面上设有籽晶；
42.石英管12，套设在所述坩埚1的外侧，所述石英管12内侧壁与所述坩埚1的外侧壁之间具有间隙；
43.保温层8，设置在所述间隙中；
44.感应加热线圈9，环绕设置在所述石英管12的外周；
45.电阻加热部件10，设置在所述凹槽4内。
46.通过在保温层8外环绕设置感应加热线圈9，实现对坩埚1的侧壁加热；通过设置电阻加热部件10，实现对坩埚1的底部的中心加热；感应加热线圈9与电阻加热部件10同时工作，保障坩埚1内的碳化硅粉末受热均匀。
47.如图2所示，电阻加热部件10为环形石墨发热器，环形石墨加热器用于对凹槽4的侧壁以及顶盖加热。
48.通过采用环形碳化硅发热器，保障对凹槽4的快速加热，同时环形的外形增大碳化硅粉末的受热面积。
49.坩埚1的内侧壁具有环形安装部，坩埚盖5覆盖在环形安装部上。
50.如图3所示，实际使用时，将坩埚盖5卡在环形安装部上，安装方便快捷。
51.环形安装部与坩埚盖5之间设有橡胶密封圈。
52.通过设置橡胶密封圈，保障坩埚盖5与坩埚1之间的密闭性，提升碳化硅单晶的生长效率，本实施例中，橡胶密封圈设置在环形安装部上的密封圈安装槽内。
53.坩埚盖5扣合在坩埚1上，坩埚盖5与坩埚1的侧壁之间设有橡胶密封圈。
54.实际使用时，坩埚盖5直接扣合在坩埚1上，设置在坩埚盖5与坩埚1之间的橡胶密封圈保障空腔2内部的气压稳定，本实用新型中，坩埚上具有密封圈安装槽，橡胶密封圈固定在密封圈安装槽内。
55.保温层8为长纤维石墨保温毡制成的坩埚保温套，坩埚保温套包裹在坩埚1的外侧壁上。
56.长纤维石墨保温毡的抗氧化能力强，保温性能好，还具备块状石墨的纯度高、耐高温、耐腐蚀、不熔融等特性，而且裁剪方便，易于加工，通过采用长纤维石墨保温毡制成的坩埚保温套，保温效果好；不易损坏，使用寿命长。
57.石英管12上设有上密封法兰和下密封法兰，上密封法兰和下密封法兰的内部均设有冷却水管道。
58.通过在石英管12两端的开口分别设置上密封法兰和下密封法兰，实现对坩埚1的整体密封。
59.上密封法兰上设有连通至石英管12内部的穿孔6。
60.通过上密封法兰上设有连通至石英管12内部的穿孔6，实现对晶体管的内部抽真空和输入惰性气体实现调节气压。
61.如图1所示，感应加热线圈9为螺旋式铜线圈，感应加热线圈9内填充有冷却介质。
62.通过采用螺旋式铜线圈进行感应加热，达到加热速度快且节约电能的目的；通过在感应加热线圈9内填充冷却介质，实现对感应加热线圈9的快速降温，便于控制晶体管内部的温度。
63.如图4所示，坩埚盖5上设有把手13。
64.通过在坩埚盖5上设置把手13，达到便于搬运坩埚盖5的目的。
65.本实用新型的一种组装和使用方法，首先将坩埚1内放置适量的碳化硅粉，将籽晶7安装在坩埚盖5上，再将坩埚盖5扣合在坩埚1上，然后将坩埚1上套设保温层8，在保温层8外套设有石英管12，并在石英管12的两个开口处设置上密封法兰和下密封法兰，上密封法兰上具有穿孔6，石英管12外环绕设置有感应加热线圈9，通过穿孔6对石英管12的内部进行抽真空，开启感应加热线圈9和电阻加热部件10，对坩埚1的侧壁和底部同时加热，坩埚1内部的碳化硅粉均匀受热，分解为si、si2c、sic2气体；上述气体均匀的凝结在籽晶7上形成均匀的碳化硅单晶，通过穿孔6输入氩气，增加石英管12内部的气压，保障碳化硅单晶的持续生长，直至碳化硅单晶达到所需的厚度。
66.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此即限制本实用新型的专利保护范围，凡是运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的保护范围内。