一种定向涂层生长石墨工装制造技术

本实用新型专利技术公开了一种定向涂层生长石墨工装，包括支撑石墨坩埚的支撑件和密封机构，石墨坩埚以开口朝下的方式放置于支撑件上，支撑件与石墨坩埚的开口边缘接触，密封机构包裹石墨坩埚的开口边缘和外壁并使石墨坩埚的开口外露以导入涂层原料。本实用新型专利技术通过密封机构能避免石墨坩埚的开口边缘位置生长涂层，从而保证了石墨坩埚的气密性，也能避免石墨坩埚的外壁进行不必要的涂层生长，从而避免了石墨坩埚受热不均或不按照设定温度梯度升温，进而保证石墨坩埚内SiC晶体生长完好无缺陷。保证石墨坩埚内SiC晶体生长完好无缺陷。保证石墨坩埚内SiC晶体生长完好无缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种定向涂层生长石墨工装


[0001]本技术涉及石墨坩埚
，具体涉及一种定向涂层生长石墨工装。

技术介绍

[0002]同第一代半导体材料硅(Si)、锗(Ge)和第二代半导体材料砷化镓(GaAs)、磷化液(InP)相比，第三代半导体材料碳化硅((SiC因禁带宽度大(3.2e V，约3倍于硅基材料)、临界击穿电场强度高(10倍于硅基材料)、电子饱和迁移速率大(2倍于硅基材料)、电子密度高、热导率高(3倍于硅基材料)、介电常数低，具备高频高效、耐高压、耐高温、抗辐射能力强以及化学性质稳定等诸多优越性能，因而能制备出在高温下运行稳定，在高电压、高频率等极端环境下更为稳定的半导体器件，是支撑固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”材料和电子元器件，可以起到减小体积简化系统，提升功率密度的作用，在半导体照明、5G通信技术、太阳能、智能电网、新能源并网、高速轨道交通、国防军工、不间断电源、新能源汽车、消费类电子、快充、无线充等战略新兴领域有非常诱人的应用前景，对节能减排、产业升级有着极其重要的作用，正成为全球半导体产业新的科技制高点和新一轮科技革命的钥匙。
[0003]物理气相传输法(Physical Vapor Transport
‑
PVT)是目前较为成熟的大尺寸SiC晶体生长技术，即将SiC晶片贴在石墨坩埚盖上用作籽晶，石墨坩埚内装有作为生长原料的SiC粉末，生长温度控制在2273K到2773K之间，生长原料分解成气相组分后在石墨坩埚内部轴向温度梯度的驱动下输运到籽晶处结晶生长SiC晶体。然而，由于石墨坩埚材料为石墨粉采用等静压的形式压制而成，该材料为多孔状，其力学性能较差。石墨坩埚在长时间(1周左右)，高温(大于2000℃)制备温度下，首先石墨坩埚内壁面孔洞内的石墨粉随着使用时间的延长出现石墨粉末扩散至坩埚单晶生长反应腔，从而影响反应腔内Si原子和C原子比例，最终影响SiC单晶生长的纯度；其次，由于SiC单晶生长过程是属于SiC粉末先高温分解后定向生长的过程，石墨坩埚内部形成了大量的高温Si气体、SiC气体、SiC2气体，Si2C气体，一部分气体将于石墨坩埚壁面的孔洞中沉积，并在石墨坩埚的碳扩散下，在石墨坩埚壁面的孔洞内重新形成SiC相，SiC相的形成同时伴随着一部分体积的膨胀，石墨坩埚壁面的孔洞内将会产生内应力，导致石墨坩埚壁面孔洞边缘处在SiC生长应力和体积膨胀力作用下出现石墨粉颗粒的剥落，这也将影响SiC单晶生长的纯度；此外，石墨材料本身强度较低，在装有大量SiC晶体生长原料时，由于自身强度限制，在高温长时间使用的寿命较短。因此，国内外研究学者纷纷对石墨坩埚进行耐高温、阻碳涂层的设计和制备。
[0004]公号为CN113122918A的中国专利，公开了一种用于SiC晶体生长的TaC涂层坩埚及其制备方法。该专利技术通过包埋法在石墨坩埚表面原位生成一层TaC涂层，且TaC涂层与基体界面结合强度较高，不易发生脱落。制备TaC涂层后，坩埚使用寿命延长，制备的晶体不会由于坩埚被破坏而污染。但是该方法不能控制涂层的定向生长，在石墨坩埚内壁面和外壁面均形成了一层TaC涂层。TaC涂层的设置仅为了保护石墨坩埚内壁面不被高温气体侵蚀而影响坩埚污染SiC单晶。然而采用该方法将无法只对石墨坩埚内壁面实行涂层涂敷的方法，石
墨坩埚顶部放置籽晶和坩埚盖的位置需要保证绝对平整，然而涂层涂敷的平整度控制将会由于这种复杂坩埚结构受限，因此在不必要的石墨坩埚坩埚口面处涂层反而影响坩埚的气密性。此外，在石墨坩埚坩埚外壁面涂敷TaC涂层时，由于涂层与基体的热膨胀系数依然相差较大，在高温环境，且温度梯度较大的服役环境下，涂层开裂的风险较大，涂层脱落、涂层厚度不均，均导致坩埚受热不均，或不按照设定温度梯度升温，均将严重影响石墨坩埚坩埚内部SiC单晶生长；由于涂层不均匀生长于坩埚封口位置影响坩埚的气密性；由于涂层于坩埚外壁面不必要的生长导致坩埚受热不均或不按照设定温度梯度升温，从而导致坩埚内SiC晶体生长受损问题。

技术实现思路

[0005]本技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种定向涂层生长石墨工装，能保证石墨坩埚的涂层涂敷均匀平整不脱落，且石墨坩埚的开口气密性好。
[0006]为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：
[0007]一种定向涂层生长石墨工装，包括支撑石墨坩埚的支撑件和密封机构，所述石墨坩埚以开口朝下的方式放置于支撑件上，所述支撑件与石墨坩埚的开口边缘接触，所述密封机构包裹石墨坩埚的开口边缘和外壁并使石墨坩埚的开口外露以导入涂层原料。
[0008]进一步的，所述密封机构包括套装石墨坩埚的筒体，所述筒体上部设有以可拆卸的方式与筒体封闭连接的盖体，所述支撑件包括设于筒体内壁上的环形凸台，所述环形凸台与开口边缘紧密接触并与外壁、筒体和盖体之间形成密封腔室。
[0009]进一步的，所述环形凸台和开口边缘之间与盖体和筒体的上端面之间均设有密封垫片。
[0010]进一步的，所述密封垫片为柔性高纯石墨纸。
[0011]进一步的，所述环形凸台的内径小于开口边缘的内径。
[0012]进一步的，所述外壁与筒体内壁之间的间距为1.5
‑
2.5mm，所述外壁与盖体内壁之间的间距为6
‑
9mm。
[0013]进一步的，所述盖体上设有配重凸块，所述配重凸块卡设于筒体上端的开口中。
[0014]进一步的，所述盖体的外径大于筒体的外径。
[0015]进一步的，所述筒体上设有用于向石墨坩埚内导入涂层原料的排气通道。
[0016]进一步的，所述筒体的底部设有至少三个支撑脚，相邻两个所述支撑脚之间形成排气通道。
[0017]与现有技术相比，本技术的优点在于：
[0018]本技术通过密封机构能避免石墨坩埚的开口边缘位置生长涂层，从而保证了石墨坩埚的气密性，也能避免石墨坩埚的外壁进行不必要的涂层生长，从而避免了石墨坩埚受热不均或不按照设定温度梯度升温，进而保证石墨坩埚内SiC晶体生长完好无缺陷。
附图说明
[0019]图1为定向涂层生长石墨工装的剖面结构示意图。
[0020]图2为筒体的立体示意图。
[0021]图例说明：
[0022]1、石墨坩埚；11、开口边缘；12、外壁；2、支撑件；21、环形凸台；3、密封机构；31、筒体；311、支撑脚；32、盖体；321、配重凸块；33、密封腔室；34、密封垫片。
具体实施方式
[0023]以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。
[0024]如图1和图2所示，本实施例的定向涂层生长石墨工装，包括支撑石墨坩埚1的支撑件2和密封机构3，石墨坩埚1以开口朝下的方式放置于支撑件2上，支撑件2与石墨坩埚1的开口边缘11接触，密封机构3包裹石墨坩埚1的开口边缘11和外壁12并使石墨坩埚1的开口外露以导入涂层原料。通过密封机构3能避免石墨坩埚1的开口边缘11位置生长涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定向涂层生长石墨工装，其特征在于，包括支撑石墨坩埚(1)的支撑件(2)和密封机构(3)，所述石墨坩埚(1)以开口朝下的方式放置于支撑件(2)上，所述支撑件(2)与石墨坩埚(1)的开口边缘(11)接触，所述密封机构(3)包裹石墨坩埚(1)的开口边缘(11)和外壁(12)并使石墨坩埚(1)的开口外露以导入涂层原料。2.根据权利要求1所述的定向涂层生长石墨工装，其特征在于，所述密封机构(3)包括套装石墨坩埚(1)的筒体(31)，所述筒体(31)上部设有以可拆卸的方式与筒体(31)封闭连接的盖体(32)，所述支撑件(2)包括设于筒体(31)内壁上的环形凸台(21)，所述环形凸台(21)与开口边缘(11)紧密接触并与外壁(12)、筒体(31)和盖体(32)之间形成密封腔室(33)。3.根据权利要求2所述的定向涂层生长石墨工装，其特征在于，所述环形凸台(21)和开口边缘(11)之间与盖体(32)和筒体(31)的上端面之间均设有密封垫片(34)。4.根据权利要求3所述的定向涂层生长石墨工装，其特征在于，所述密封垫片(34)为柔性高纯石墨纸...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：湖南泰坦未来科技有限公司，
类型：新型
国别省市：