本发明专利技术涉及一种PVT法生长碳化硅晶体的方法及其装置，在坩埚的上方设置可移动绝热调节元件，生长碳化硅晶体时，随着坩埚盖上的晶体长厚，逐步增大可移动绝热调节元件与坩埚盖之间的距离D；其中，随晶体厚度增加，晶体对热流Q的热阻Rc将增大；可移动绝热调节元件对热流Q的等效热阻Rb将随距离D的增大而减小，通过保持Rc的增大量与Rb的减小量相互动态平衡，来保证结晶介面温度保持不变。本发明专利技术将坩埚盖上面的绝热元件更改成在晶体生长过程中可以根据工艺要求来移动，通过改变与石墨坩埚盖间的距离，从而改变保温系统的几何结构、改变石墨坩埚的能量输出而达到在晶体生长的过程中调节石墨坩埚内的温场的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种PVT法生长碳化硅晶体的方法及其装置。
技术介绍
碳化硅(SiC)单晶具有高导热率、高击穿电压、载流子迁移率极高、化学稳定性很高等优良的半导体物理性质；可以制作成在高温、强辐射条件下工作的高频、高功率电子器件和光电子器件，在国防、高科技、工业生产、供电、变电领域有巨大的应用价值，被看作是极具发展前景的第三代宽禁带半导体材料。但是，生长碳化硅晶体非常困难，经过多年努力，现在以美国Gree公司为代表的实验室已成功地用物理气相沉积技术(PVT)生长出大直径的高质量碳化硅单晶并制成外延基片在国际市场上出售，用碳化硅单晶外延基片已研制 成功多种性能优良的电子器件和光电子器件。目前，物理气相沉积技术是生长碳化硅晶体通常使用的方法，如图I所示。在一个特殊设计的密闭石墨坩埚I中，底部装有一定量的碳化硅多晶粉(颗粒)料2，在其上方间隔一定的距离，一个碳化硅单晶片作为籽晶3粘贴在坩埚的上盖上，石墨坩埚I的外围和底部包围了一定厚度的碳(石墨)毡或泡沫碳(国体碳毡)做成的保温系统4。坩埚的上部也按工艺要求安置中心开有测温孔6的厚度适当的上绝热元件5，使坩埚中形成适合碳化硅晶体生长的温场。石墨坩埚I、连同周围的保温系统4等都放置在一个与大气隔离的真空室7中，生长晶体时，真空室7抽到需要的真空度后再充入合适气压的高纯Ar气并通过炉膛气压自动控制系统使气压保持在工艺需要的数值。通过感应圈8的感应加热使石墨坩埚I达到需要的高温并通过温度自动控制系统使温度保持在工艺需要的温度(通常，在2000°C —2500°C)0高温下，石墨坩埚I中的碳化硅粉料开始蒸发成饱和蒸气、通过扩散及气体对流作用输送到温度较低的籽晶表面上重新凝结，使籽晶逐渐长大而成一个大单晶。PVT法生长碳化硅晶体时，石墨坩埚的形状和结构、感应加热线圈、中频电源频率、加热功率、保温系统、炉膛气压等很多因素都会影响碳化硅晶体生长过程。其中，由多种因素形成的坩埚中的温度分布对晶体生长过程和晶体缺陷的形成至关重要，国内外很多实验室就此问题做过大量研究，发表过很多有关实验和计算机数值模拟的文章。如文献 I SeIf-Congruent Process of SiC Growth by Physical Vapor TransportD. I. Cherednichenko, R. V. Drachev, T. S. Sudarshan，Journal of Crystal Growth262(2004) 175-181。是其中的一个例子。在PVT法生长碳化硅晶体的过程中，坩埚中蒸汽相的饱和蒸汽压Pv取决于蒸发源的温度Tv，结晶介面上的凝结蒸汽压Pm取决于结晶面的温度TM，蒸汽压Pv与凝结蒸汽压Pm压差的存在是晶体介面上得以发生结晶过程的相变推动力，它的大小对结晶过程是决定性的重要参数。在文章中详细地分析了碳化硅晶体生长过程中的传质和传热过程后特别指出随着晶体长大，已长成的晶体形成的热阻会导致晶体结晶面的温度随晶体长厚而变化，而且变化量相当大而且是非线性。图2是文献I中的Fig. 1，给出了讨论生长碳化硅晶体时石墨坩埚中形成的热流及温度分布问题时使用的数学模型。图3是文献I中的Fig. 2，给出了在作者选定的工艺参数条件下生长碳化硅晶体时晶体生长面的温度随晶体厚度发生的变化，图4a是文献I中的Fig. 3a，图4b是文献I中的Fig. 3b，其给出晶体生长速度随晶体厚度发生的变化。可以看出，变化量相当大，大到晶体厚度达到一定量后导致生长过程几乎停止。更重要的是，整个生长过程中结晶介面的温度、结晶推动力和晶体生长速度一直在变化，生长过程的不稳定必然导致晶体中出现多种晶体缺陷，难以长成高质量的晶体
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种PVT法生长碳化硅晶体的方法，该方法实现了在整个生长过程中晶体生长面始终保持基本恒定的温度和基本恒定的饱和蒸汽压差，大幅度地提高了晶体质量。本专利技术的另一目的是提供一种实施上述方法的>J-U装直。为实现上述目的，本专利技术一种PVT法生长碳化硅晶体的方法，具体为在坩埚的上方设置可移动绝热调节元件，生长碳化硅晶体时，随着坩埚盖上的晶体长厚，逐步增大可移动绝热调节元件与坩埚盖之间的距离D ;其中，随晶体厚度增加，晶体对热流Q的热阻R。将增大；可移动绝热调节元件对热流Q的等效热阻Rb将随距离D的增大而减小，通过保持R。的增大量与Rb的减小量相互动态平衡，来保证结晶介面温度保持不变。一种实施上述方法的装置，包括真空室、坩埚、保温系统和绝热元件，保温系统包围在坩埚的圆周部和底部，绝热元件设置在坩埚的上方，坩埚、保温系统和绝热元件均设置在真空室内，真空室的外围设置有感应圈，其中，绝热元件包括上绝热元件和可移动绝热调节元件，上绝热元件固定安装在坩埚盖的上部，可移动绝热调节元件活动设置在上绝热元件的上方，可移动绝热调节元件通过自动控制运动系统控制能够上下移动，可移动绝热调节元件移动增大或减小与坩埚盖之间的距离，产生不断变大或变小的热流，来调整坩埚内的热流总量保持不变。进一步，所述真空室的上部设置有上密封法兰，其中心部设置有用于测量所述坩埚内温度的红外高温计。进一步，所述上绝热元件和可移动绝热调节元件的中部均设置有与所述红外高温计相适配的测温孔。进一步，所述自动控制运动系统包括真空动密封结、直线运动机构和自动控制部，自动控制部根据所述红外高温计测量的温度变化曲线来控制直线运动机构动作，直线运动机构通过真空动密封结来驱动所述可移动绝热调节元件进行上下直线运动。进一步,所述真空动密封结包括连接杆和高真空波纹管,连接杆的下端固定连接在所述可移动绝热调节元件上，高真空波纹管的下端密封连接在所述上密封法兰的上端面上，高真空波纹管的上端密封连接在连接杆的上部。进一步，所述直线运动机构包括精密滚珠直线导轨和滚珠丝杠，所述连接杆的上部与滚珠丝杠相连接。进一步，所述自动控制部包括驱动器和控制单元，控制单元接受所述红外高温计的检测信号，并控制驱动器工作，驱动器通过驱动连接结构与所述滚珠丝杠相连。进一步，所述驱动器包括步进电机或交流伺服电机，电机的输出端设置有减速箱。进一步，所述自动控制运动系统通过安装架安装在所述上密封法兰上。本专利技术中将坩埚盖上面的绝热元件更改成在晶体生长过程中可以根据工艺要求来移动，通过改变与石墨坩埚盖间的距离，从而改变保温系统的几何结构、改变石墨坩埚的能量输出而达到在晶体生长的过程中调节石墨坩埚内的温场的目的。使用这种调节技术，可以很好地消除以PVT法生长碳化硅晶体时出现的因晶体长厚而导致石墨坩埚内温场的变化，达到生长过程的石墨坩埚内的温度场始终保持稳定不变的目的。生长成高质量晶体。附图说明 图I为现有技术中碳化硅晶体生长设备结构示意图；图2为文献I中的附图I;图3为文献I中的附图2;图4a为文献I中的附图3a ;图4b为文献I中的附图3b ;图5为本专利技术结构示意图；图6为本专利技术原理结构框图。具体实施例方式下面，参考附图，对本专利技术进行更全面的说明，附图中示出了本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本专利技术全面和完整，并将本专利技术的范围完全本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种PVT法生长碳化硅晶体的方法，其特征在于，该方法具体为在坩埚的上方设置可移动绝热调节元件，生长碳化硅晶体时，随着坩埚盖上的晶体长厚，逐步增大可移动绝热调节元件与坩埚盖之间的距离D ;其中，随晶体厚度增加，晶体对热流Q的热阻R。将增大；可移动绝热调节元件对热流Q的等效热阻Rb将随距离D的增大而减小，通过保持R。的增大量与Rb的减小量相互动态平衡，来保证结晶介面温度保持不变。2.一种生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，该装置包括真空室、坩埚、保温系统和绝热元件，保温系统包围在坩埚的圆周部和底部，绝热元件设置在坩埚的上方，坩埚、保温系统和绝热元件均设置在真空室内，真空室的外围设置有感应圈，其中，绝热元件包括上绝热元件和可移动绝热调节元件，上绝热元件固定安装在坩埚盖的上部，可移动绝热调节元件活动设置在上绝热元件的上方，可移动绝热调节元件通过自动控制运动系统控制能够上下移动，可移动绝热调节元件移动增大或减小与坩埚盖之间的距离，产生不断变大或变小的热流，来调整坩埚内的热流总量保持不变。3.如权利要求2所述的生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述真空室的上部设置有上密封法兰，其中心部设置有用于测量所述坩埚内温度的红外高温计。4.如权利要求3所述的生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述上绝热元件和可移动绝热调节元件的中部均设置有与所述红外高温计相...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴晟，
申请(专利权)人：吴晟，
类型：发明
国别省市：
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