[發明專利]一種碳化硅晶體生長爐的高壽命保溫系統

在審

• 申請號: 201711034767.6
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107779955A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 張皓;徐永寬;徐所成;李璐杰;張政;郭森;程紅娟
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十六研究所
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司12105
• 代理人: 胡京生

技術領域

本發明涉及一種碳化硅晶體爐，特別涉及一種碳化硅晶體生長爐的高壽命保溫系統。

背景技術

PVT法生長碳化硅晶體使用感應加熱式單晶爐，通過感應線圈對坩堝（加熱器）加熱實現熱傳遞，采用坩堝外部的保溫系統實現生長系統的溫度保持。本行業從業人員皆知，碳化硅晶體形貌、長速、質量極其依賴熱場，保溫系統的保溫性能、穩定性與壽命是碳化硅晶體批生長穩定性的決定性因素。

在坩堝（加熱器）外部包裹C基保溫材料如保溫硬氈、軟氈，是可行的保溫手段，一是因為碳化硅單晶生長溫度高達2000℃以上，必須提供能力足夠的隔熱材料以實現由內向外的低熱傳導，同時該材料在高溫環境下與C、Si等物質的化學反應越小越好；二是因為感應加熱要求保溫材料對交變磁場的阻礙越小越好，且絕不可形成環向閉合導電回路，否則保溫結構會首先成為加熱體。

但C基保溫硬氈、軟氈或壽命較短、穩定性較差。坩堝外壁（加熱器外壁）為溫度最高處，最近坩堝處的保溫層長期處于高溫狀態，熱沖擊大、熱腐蝕大；石墨坩堝在高溫時各部件之間熱膨脹系數不同導致內部氣氛外溢，其中富Si組分極易滲透入C基多孔類保溫（保溫硬氈、保溫軟氈）內部，與其發生反應（Si腐蝕），甚至在較低溫度的保溫處結晶生成碳化硅，使部分區域導熱性能急劇增強，造成保溫失效。

發明內容

鑒于現有技術存在的問題，本發明提供一種碳化硅晶體生長爐高壽命保溫系統，創新性的使用了C/C復合材料作為最內層保溫材料，對其進行環路切斷處理以避免感應產熱，并輔以外層軟/硬氈復合結構，保溫整體壽命大幅提高，具體技術方案是，一種碳化硅晶體生長爐的高壽命保溫系統，一種碳化硅晶體生長爐的高壽命保溫系統，包括頂保溫盤，內層保溫軟氈，內層保溫硬氈，外層保溫軟氈，外層保溫硬氈，底保溫盤，其特征在于：還包括C/C復合套，所述的C/C復合套為采用厚度0.5mm C/C復合材料的圓筒，內直徑大于生長坩堝外直徑5-10mm、高度大于生長坩堝高度5-10mm，并將圓筒上下端進行切斷處理每周兩個斷口，斷口寬度1~1.5mm、長度為2/3筒高，避免了閉合回路的形成，生長坩堝外同心放置C/C復合套，C/C復合套外依次包裹內層保溫軟氈、內層保溫硬氈、外層保溫軟氈、外層保溫硬氈并一同固定于頂保溫盤和底保溫盤中間。

本發明的技術效果是，最內層保溫的熱、化學腐蝕速率大幅降低，且阻攔了絕大部分外溢氣氛，次外層保溫幾乎不會受到腐蝕，保溫整體壽命大幅提高；在停爐后最內層保溫內壁沉積物如碳化硅晶粒極易清理，持續清理可使保溫性能在全壽命內高度穩定，整體壽命延長1倍以上。

附圖說明

圖1是本發明的結構剖面圖。

圖2是本發明的C/C復合套結構立體示意圖。

具體實施方式

如圖1、2所示：碳化硅晶體生長爐高壽命保溫系統，包括頂保溫盤1，內層保溫軟氈3，內層保溫硬氈4，外層保溫軟氈5，外層保溫硬氈6，底保溫盤9，其特征在于：還包括C/C復合套2，所述的C/C復合套2為采用厚度0.5mm C/C復合材料的圓筒，內直徑大于生長坩堝7外直徑5-10mm、高度大于生長坩堝7高度5-10mm，并將圓筒上下端進行切斷處理每周兩個斷口，斷口寬度1~1.5mm、長度為2/3筒高，避免了閉合回路的形成，生長坩堝7外同心放置C/C復合套2，C/C復合套2外依次包裹內層保溫軟氈3、內層保溫硬氈4、外層保溫軟氈5、外層保溫硬氈6并一同固定于頂保溫盤1和底保溫盤9中間。

原理：

本行業從業人員皆知，PVT法碳化硅單晶爐有使用單一軟氈、單一硬氈或軟/硬氈復合保溫的實例，其中軟/硬氈復合保溫以其優良的保溫性能、強大的高溫尺寸穩定性保持能力被廣泛使用。本專利在軟/硬氈復合保溫的基礎上，創新性的選用C/C復合材料作為最內層保溫材料，C/C復合材料是極少數能在2200℃以上保持高溫強度的工程材料，并且其力學特性隨溫度升高而增大、線膨脹系數小、耐燒蝕性能優異、損傷容限高即抗熱震性能良好、高溫下不發生粘接的優良特性，同時，置于生長坩堝外可充分降低熱腐蝕、熱沖擊、化學腐蝕等對其外側各層保溫的傷害，提高保溫整體壽命與穩定性。