[實用新型]一種物理氣相沉積法生長大尺寸碳化硅單晶的石墨坩堝

有效

• 申請號: 201220020783.6
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN202430332U
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 高玉強;胡小波;郝霄鵬
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進材料科技有限公司
• 主分類號: C30B23/02
• 分類號: C30B23/02;C30B29/36
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本實用新型涉及一種物理氣相沉積法生長大尺寸碳化硅單晶的石墨坩堝，屬于單晶生長技術領域。?

背景技術

碳化硅(SiC)單晶材料是第三代寬帶隙半導體材料的代表，具有寬禁帶、高熱導率、高電子飽和遷移速率、高擊穿電場等性質，與以硅為代表的第一代半導體材料和以GaAs為代表的第二代半導體材料相比，有著明顯的優越性，被認為是制造光電子器件、高頻大功率器件和高溫電子器件等理想的半導體材料。在白光照明、光存儲、屏幕顯示、航天航空、高溫輻射環境、石油勘探、自動化、雷達與通信、汽車電子化以及電力電子等方面有廣泛應用。?

碳化硅單晶材料的生長比較困難，根據理論分析，若從化學計量比熔體中采用提拉法生長SiC單晶，條件十分苛刻，因為SiC同成分共熔點只有在溫度＞3200℃、壓力超過10⁵atm(1atm約為10⁵pa)條件下才有可能，因此難以實現。目前普遍采用物理氣相沉積法(也叫升華法或改進的Lely法)，這種生長方法是由前蘇聯科學家Tairov和Tsvetkov于1978年在Lely法的基礎上提出的，其優點在于：采用SiC籽晶控制所生長晶體的構型，克服了Lely法自發成核生長的缺點，可得到單一構型的SiC單晶；可生長大尺寸的碳化硅單晶；生長壓力在一個大氣壓(1atm)以內，生長溫度在2000℃-2500℃之間，遠低于熔體生長所需的壓力和溫度。目前碳化硅單晶生長的主要采用物理氣相沉積法。物理氣相沉積法一般采用中頻感應加熱方式，坩堝采用石墨材料，在真空下或惰性氣體氣氛保護下進行單晶生長。碳化硅單晶生長要求條件非常苛刻，需要穩定的溫場和氣體組分環境，但是由于碳化硅原料分解過程中碳會以固體顆粒的形式留在坩堝內，使坩堝內溫場不斷變化，因此坩堝的設計對于碳化硅單晶生長尤其重要。?

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型提供一種物理氣相沉積法生長大尺寸碳化硅單晶的石墨坩堝，該坩堝不但避免了碳化硅原料碳化對晶體生長所造成的影響，而且提高了晶體生長的穩定性和成功率。?

本實用新型的技術方案如下：?

一種物理氣相沉積法生長大尺寸碳化硅單晶的石墨坩堝，包括收容碳化硅原料的坩堝桶和上蓋，在所述坩堝桶的內壁上部和上蓋的外壁上設置有相互旋合的螺紋，所述上蓋和坩堝桶通過所述的螺紋連接；在所述的坩堝桶內壁上設置有放置多孔石墨板的定位塊；在定位塊上放置有多孔石墨板，所述多孔石墨板的外徑與坩堝桶的內徑相適應。?

所述坩堝桶和上蓋的材質為高密度石墨。?

所述多孔石墨板的材質為低密度多孔石墨。?

所述的定位塊沿坩堝桶的內壁一周設置，呈圓環狀。?

所述的定位塊包括沿坩堝桶的內壁一周設置的多個凸起擋塊。?

本實用新型的石墨坩堝用于物理氣相沉積法制備大尺寸碳化硅單晶。特別是直徑在2英寸以上的碳化硅單晶。為高溫半導體材料的研發和應用提供了重要的晶體材料基礎。?

所述物理氣相沉積法制備碳化硅單晶的工藝按現有技術。?

本實用新型所述石墨坩堝生產碳化硅單晶的方法，包括向坩堝桶內加入碳化硅原料，在所述的定位塊上安裝上多孔石墨板，在上蓋底面設置籽晶底座和籽晶，將上蓋通過螺紋與坩堝桶連接蓋好，利用物理氣相沉積法制備碳化硅單晶。所述籽晶底座通過碳膠粘接在坩堝上蓋底面上，在籽晶底座上設置籽晶。?

本實用新型的技術特點及優良效果：?

1、本實用新型特別設置了多孔石墨板，多孔石墨板為單晶生長界面提供穩定的輻射環境，使得生長中的單晶界面不受原料不斷碳化的影響，提高了晶體生長的穩定性和成功率。?

2、本實用新型的多孔石墨板的材質為低密度多孔石墨，不對氣氛的通過形成阻礙。根據文獻報道(Drowart，G.D.Maria，M.G.Inghram.?Thermodynamic?study?of?SiC?utilizinga?