一种直流电阻加热器及SiC单晶生长装置的制作方法

本发明属于晶体生长领域，具体涉及一种直流电阻加热器及sic单晶生长装置。

背景技术：

1、碳化硅(sic)是第三代半导体材料的典型代表，由于其具有优异的综合性能，且基于sic的器件能在高温、高压、强辐射的极端环境下工作，因而，碳化硅在电力电子和微波通信领域具有广阔的应用前景。

2、物理气相传输法(physical vapor transport-pvt)是目前生长sic晶体的主流方法，所生长的4h-sic单晶有n型和半绝缘型。其中，n型sic单晶衬底主要用于制备高功率电力电子器件，半绝缘sic单晶衬底主要用于制备高功率微波器件。

3、随着单晶生长技术的进步，sic单晶衬底直径逐年扩大，从最初的2英寸到现在的8英寸单晶衬底。目前在sic衬底市场上，6英寸仍然是主流的sic单晶衬底直径，且大多数sic单晶生长炉为感应加热炉。8英寸sic单晶由于尺寸超大，如果还采用感应加热炉生长，所获得的单晶热应力非常大，缺陷密度不容易控制，因此生长8英寸sic单晶应优选电阻加热单晶炉。

4、传统的直流电阻加热器的形状如图1所示，其结构类似于竖直方向的栅栏。从图1可以看出：对加热器通以直流电后，加热器发焦耳热，并通过辐射将热量传输到sic单晶生长的坩埚外圆柱面上及上下盖表面上。从图1还可以看出：加热器所产生的焦耳热在竖直方向是比较均匀的，因此传统的直流电阻加热所产生的坩埚中的热场的轴向温度梯度比较小；过小的轴向温度梯度对sic单晶生长有以下不利的影响：

5、由于加热器的底部延伸到坩埚的底部下方，因而，加热器辐射的热量不仅传输到坩埚的侧面，也传输到坩埚的底部，这就导致sic多晶料中，高温区始终在料的底部，料表面温度相对较低。底部分解的sic气相组分常常在料的表面结晶，导致料的表面向上隆起；如此，一方面降低了生长腔体内sic气相组分的浓度，拖慢了晶体生长速度；另一方面降低了sic气相组分的温度，进而减少了气相组分中的碳/硅比，这对于4h-sic的晶型稳定性是不利的。

技术实现思路

1、为了解决传统直流电阻加热器轴向温度梯度较小，影响sic单晶生长的技术问题，本技术提供一种直流电阻加热器及sic单晶生长装置。

2、本技术的技术解决方案如下：

3、本技术提供一种直流电阻加热器，沿所述直流电阻加热器的轴向，所述直流电阻加热器包括底部发热体及中部发热体；

4、其中，底部发热体用于加热坩埚内物料装填区底部的物料，所述中部发热体用于加热坩埚内物料装填区中上部的物料；

5、沿所述第一方向，所述中部发热体单位长度所能够产生的热量大于所述底部发热体单位长度所能够产生的热量。

6、在一种设计方式中，沿所述直流电阻加热器的轴向，所述直流电阻加热器包括顶部发热体，所述顶部发热体位于所述中部发热体远离所述底部发热体的一端；所述顶部发热体用于加热晶体生长区；

7、沿所述直流电阻加热器的轴向，所述顶部发热体单位长度所能够产生的热量小于中部发热体单位长度所能够产生的热量，且小于底部发热体单位长度所能够产生的热量。

8、在一种设计方式中，沿所述直流电阻加热器的轴向，所述中部发热体单位长度的电阻值大于所述底部发热体单位长度的电阻值，所述底部发热体单位长度的电阻值大于顶部发热体单位长度的电阻值。

9、在一种设计方式中，所述底部发热体、中部发热体及顶部发热体为一体结构；

10、沿所述第一方向，所述直流电阻加热器包括多个电阻层；

11、其中，用于加热坩埚底部物料的多个所述电阻层属于所述底部发热体，所述底部发热体的多个电阻层的层间距为d1；

12、用于加热坩埚中上部物料的多个所述电阻层属于所述中部发热体，所述中部发热体的多个电阻层的层间距为d2；

13、用于加热晶体生长区的多个所述电阻层属于所述顶部发热体，所述顶部发热体所对应的多个电阻层的层间距为d3；

14、d2＜d1＜d3。

15、在一种设计方式中，所述直流电阻加热器包括个n个电阻单元及至少一个连接电阻，n个电阻单元沿圆周方向排布，形成能够容纳坩埚的圆筒状结构，n为大于等于2的自然数；

16、沿所述第一方向，所述电阻单元包括多个叠层设置的子电阻层及多个层间电阻，同一个电阻单元中相邻两层所述子电阻层之间通过所述层间电阻首尾相串联；

17、所述连接电阻用于将n个电阻单元线性串联。

18、在一种设计方式中，所述电阻单元的数量为两个，所述连接电阻的数量为一个；

19、沿第一方向，所述连接电阻位于两个所述电阻单元的一端。

20、在一种设计方式中，所述连接电阻为圆环状电阻。

21、在一种设计方式中，所述连接电阻位于所述电阻单元的顶部发热体的一端。

22、在一种设计方式中，所述连接电阻为带有缺口的圆环状电阻，沿电流的流动方向，所述连接电阻的一端与一个所述电阻单元连接，所述连接电阻的另一端与另一个所述电阻单元连接。

23、在一种设计方式中，所述直流电阻加热器包括两个电阻单元、正极连接电阻及负极连接电阻，两个所述电阻单元相对设置形成能够容纳坩埚的圆筒状结构；

24、沿所述第一方向，所述电阻单元包括多个叠层设置的子电阻层及多个层间电阻，同一个电阻单元中相邻两层子电阻层之间通过所述层间电阻首尾相串联；

25、两个所述电阻单元通过所述正极连接电阻及负极连接电阻相并联。

26、在一种设计方式中，沿所述第一方向，两个所述电阻单元的正极位于所述直流电阻加热器的两端，两个所述电阻单元的负极位于所述直流电阻加热器的两端；

27、沿圆周方向，所述正极连接电阻及负极连接电阻位于两个所述电阻单元之间的不同间隙中，

28、沿所述第一方向，所述正极连接电阻的一端与一个所述电阻单元的正极连接，所述正极连接电阻的另一端与另一个所述电阻单元的正极连接；所述负极连接电阻的一端与一个所述电阻单元的负极连接，所述负极连接电阻的另一端与另一个所述电阻单元的负极连接。

29、在一种设计方式中，所述直流电阻加热器包括第一输入电极和第二输入电极；

30、所述第一输入电极与所述正极连接电阻电连接，所述第二输入电极与所述负极连接电阻电连接；

31、所述第一输入电极和第二输入电极位于两个所述电阻单元所形成的圆筒状结构的内侧，且位于所述底部发热体的底端。基于同一发明构思，本技术还提供一种sic单晶生长装置，包括上述任一所述的直流电阻加热器，还包括：

32、坩埚，所述坩埚包括由底部、侧壁及上盖围成的腔体；所述腔体靠近底部的部分为物料装填区，所述腔体靠近上盖的部分为晶体生长区；

33、籽晶托，所述籽晶托位于所述晶体生长区，且设置于所述上盖的内侧，用于安装籽晶；

34、所述底部发热体位于所述坩埚的底部外周；

35、所述中部发热体主要位于所述坩埚的物料装填区的外周。

36、本发明与现有技术相比，有益效果是：

37、本技术所提供的直流电阻加热器及sic单晶生长装置，直流电阻加热器包括底部发热体及中部发热体；底部发热体用于加热坩埚内物料装填区底部的物料，所述中部发热体用于加热坩埚内物料装填区中上部的物料，且中上部物料的中部发热体沿轴向单位长度的发热量大于底部发热体沿轴向单位长度的发热量，如此，可以在物料的底部与中上部之间形成轴向温度梯度，使得底部物料的温度低于中上部物料的温度，底部分解的sic气相组分在上升过程中不会在温度较高的物料表面结晶，而是直接进入生长腔体内，并通过扩散或对流在籽晶上结晶，提高了晶体的生长速度，且有助于4h-sic晶型的稳定。

38、本技术的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。