一种碳化硅晶体生长设备的制作方法

本发明涉及碳化硅晶体制备，具体为一种碳化硅晶体生长设备。

背景技术：

1、碳化硅晶体是一种重要的半导体材料，其晶体结构具有多种形态，主要分为六方或菱面体的α-sic和立方体的β-sic两大类，它具有一系列优良的特性，比如高硬度、高热导率、高化学稳定性等，碳化硅在电子、电力、光电等领域有着广泛的应用，在电子领域，可用于制作高温、高频、大功率的电子器件；在电力领域，可应用于制造电力电子器件，提高电能转换效率和可靠性；在光电领域，对其特性的开发利用也在不断深入，一般通过物理气相传输法(pvt)、高温化学气相沉积法(htcvd)或液相法等技术配合碳化硅晶体生长设备来制备高质量的sic单晶材料。

2、碳化硅晶体制备过程中，依靠碳化硅粉料的自然生长，整体周期过长，且在生长过程中，由于籽晶边缘区域的过饱和度影响，碳化硅粉料易在籽晶表面形成碳包裹，进而造成多晶核的情况，从而导致碳化硅晶体的制备品质和效率降低的问题。

技术实现思路

1、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种碳化硅晶体生长设备，包括机架，机架起到支撑和固定整个设备的基础结构作用，所述机架的顶部固定安装有碳化硅晶体生长炉，碳化硅晶体生长炉提供晶体生长所需的环境和条件，所述碳化硅晶体生长炉的表面铰接有炉门，所述碳化硅晶体生长炉的顶部安装有提拉器，提拉器起到提拉作用，控制晶体成品的取出，所述提拉器的一侧安装有旋转器，旋转器使相关部件旋转，所述旋转器的输出端延伸至碳化硅晶体生长炉内部，且与碳化硅晶体生长炉的顶部内壁相适配，所述碳化硅晶体生长炉的内部设置有电加热器，电加热器提供热量，维持生长所需温度，所述电加热器位于旋转器的下方，且所述电加热器的顶部安装有坩埚取出板，坩埚取出板方便坩埚的取出操作，所述坩埚取出板的顶部放置有生长坩埚，生长坩埚容纳碳化硅原料进行晶体生长；

2、其中，所述生长坩埚包括坩埚锅体，所述坩埚锅体的底面与坩埚取出板顶部相接触，且所述坩埚锅体呈锥筒状，所述坩埚锅体的外缘表面与旋转器的输出端相连接，所述坩埚锅体的顶部可拆卸式安装有坩埚盖，坩埚锅体和坩埚盖构成坩埚结构，所述坩埚锅体的外缘表面上开设有气体流通槽，气体流通槽用于微气流的流通，所述坩埚锅体的内腔中容置有碳化硅粉料，所述碳化硅粉料用于受热后升华形成气相组分，所述坩埚锅体的内缘表面可拆卸式安装有承载架，承载架起到承载相关部件的作用，所述承载架的底面安装有导流板，导流板用于引导微气流及碳化硅粉料受热后升华形成气相组分的流动方向，所述承载架的内缘表面安装有籽晶托架，籽晶托架用于支撑和固定籽晶，所述籽晶托架的轴心位置容置盛托有籽晶，所述籽晶用于供碳化硅粉料升华后的气相组分凝结形成碳化硅晶体。

3、优选的，所述提拉器包括有立架，立架起到支撑其他相关部件的作用，所述立架的底面与碳化硅晶体生长炉的顶部相固定，所述立架的顶部固定安装有伺服电机，伺服电机提供升降动作的动力，所述伺服电机的输出轴贯穿立架的顶部，且与立架的内壁相转动，所述伺服电机的输出轴端部固定连接有丝杆，丝杆与伺服电机配合，实现升降动作的传动，所述丝杆的底部与碳化硅晶体生长炉的顶部相转动，所述丝杆的外缘表面螺纹传动有升降板，升降板用于在丝杆作用下进行升降运动，所述升降板靠近立架的一侧表面与立架的表面相滑动，所述立架的外缘表面上固定安装有限位滑杆，所述限位滑杆的底部与碳化硅晶体生长炉的顶部相固定，所述升降板远离立架的一端内壁与限位滑杆的外缘表面相滑动。

4、优选的，所述旋转器包括有电机，电机提供旋转动力，所述电机的底面与升降板远离立架的一端顶部相固定，所述电机的输出轴贯穿升降板且与升降板的内壁相转动，所述电机的输出轴端部固定连接有转杆，转杆传递旋转运动，所述转杆的底端延伸至碳化硅晶体生长炉的内部，且所述转杆的外缘表面与碳化硅晶体生长炉的顶部内壁相适配滑动，所述转杆的底部安装有坩埚提拉架，坩埚提拉架用于提拉和固定坩埚。

5、优选的，所述坩埚提拉架包括有横板，所述横板的顶部与转杆的底部相固定，所述横板的外侧表面固定安装有提拉板，且所述提拉板关于横板的中心线对称设置，所述提拉板的内侧表面底端固定安装有弧抓板，横板、提拉板和弧抓板共同作用实现对坩埚的稳定抓取和操作，所述弧抓板的内缘表面上固定安装有咬合垫块，所述咬合垫块的内侧表面倾斜设置，且所述咬合垫块的内侧表面开设有弧槽，咬合垫块和弧槽确保抓取的牢固和契合。

6、优选的，所述承载架包括有外环板，所述外环板的外缘表面与坩埚锅体的内缘表面相适配滑动，所述外环板的外缘表面上开设有疏导槽，疏导槽用于引导微气流的流动，所述疏导槽和气体流通槽均设置有若干个，且所述疏导槽与气体流通槽相对应设置。

7、优选的，所述坩埚锅体的内缘表面上固定安装有支撑块，所述支撑块设置在外环板的下方，且所述支撑块的顶部开设有定位插槽，所述外环板的底面固定安装有插杆，所述插杆的外缘表面与定位插槽的内壁相适配插接，支撑块、定位插槽和插杆共同配合起到支撑和定位的作用。

8、优选的，所述籽晶托架包括有撑板，所述撑板的底端与外环板的内缘表面相固定，所述撑板远离外环板的一端固定连接有籽晶撑块，所述撑板等间距设置，且相邻所述撑板之间固定连接有连接板，所述籽晶撑块的底面固定连接有承托垫环，所述籽晶撑块和承托垫环用于承托籽晶，籽晶撑块、撑板和承托垫环用于保证籽晶的稳定放置和良好生长条件。

9、优选的，所述导流板包括有导流斜板，所述导流斜板的顶部与外环板的底面相固定，所述导流斜板设置有若干个，相邻所述导流斜板之间固定安装有固定插板，所述导流斜板靠近坩埚锅体内缘表面的一侧开设有通槽，所述导流斜板的顶部开设有调流槽，且所述调流槽倾斜设置，调流槽和通槽配合，对气流进行改向。

10、优选的，所述电加热器包括有电加热元件，所述电加热元件的底面与机架的顶部相固定，所述电加热元件的输出端延伸至碳化硅晶体生长炉的内部且固定连接有保温桶，所述保温桶的底面与碳化硅晶体生长炉的内腔底面相固定，所述保温桶位于生长坩埚的下方且与生长坩埚处在同一轴线上，所述保温桶的内部设置有电加热线圈，且保温桶内部的电加热线圈与电加热元件的输出端电性连接。

11、优选的，所述坩埚取出板包括有支撑板，所述支撑板的外缘表面与碳化硅晶体生长炉的内缘表面相滑动，所述支撑板的底面与保温桶的顶部相滑动，所述支撑板的表面上固定安装有拉柄，所述支撑板的顶部固定安装有坩埚垫座，且所述坩埚垫座位于生长坩埚的下方，坩埚垫座采用耐高温材料支撑，起到保护作用。

12、本发明提供了一种碳化硅晶体生长设备。具备以下有益效果：

13、一、该碳化硅晶体生长设备，通过生长坩埚盛放碳化硅粉料和籽晶，并利用提拉器使生长坩埚落入电加热器中，对生长坩埚进行加热，再配合旋转器的驱动，带动生长坩埚转动，并配合热效应和空气的流动效果，加速碳化硅粉料升华形成气相组分并在籽晶上凝结，共同形成晶块，且通过加快碳化硅晶体的生长制备，从而避免碳化硅粉料在籽晶表面形成碳包裹，造成多晶核的情况，进而提高碳化硅晶体的制备品质和效率。

14、二、该碳化硅晶体生长设备，通过电加热元件产生热量提高保温桶温度并进行保温，再利用伺服电机和丝杆配合使升降板下降，并使电机和转杆下降，由坩埚提拉架咬合提拉生长坩埚，将生长坩埚送入保温桶中，以提高生长坩埚的温度，辅助进行碳化硅晶体的生长，利用电机和转杆作用使坩埚提拉架和坩埚锅体转动，由气体流通槽将转动产生的微气流导送入坩埚锅体中，配合承载架和导流板对气流进行变向，从而加速升华后的碳化硅粉料气相组分在坩埚锅体中流动逸散，以便在籽晶上凝结，实现碳化硅晶体的高效高品质的生长制备。

15、三、该碳化硅晶体生长设备，通过疏导槽与气体流通槽的对应设置，使气体流通槽导入的微气流经由疏导槽变向，使其吹向坩埚锅体内部的碳化硅粉料，并且由于导流斜板在疏导槽的下方，使得气流在导流斜板处分散，一部分吹向碳化硅粉料，一部分经由通槽配合调流槽导送吹向籽晶托架上承载的籽晶，从而加速坩埚锅体内部碳化硅粉料气相组分的快速流动及碳化硅晶体的生长。

16、四、该碳化硅晶体生长设备，通过籽晶撑块和承托垫环对籽晶进行承托，并将籽晶限制在坩埚锅体的中心区域，以便在整个生长过程中，维持籽晶与生长界面附近的温度阶梯，避免籽晶上不同区域温度不同而出现多晶核的情况，并且利用撑板及连接板的承托与连接，留出坩埚锅体内部碳化硅粉料气相组分的流动空间，从而便于碳化硅粉料气相组分与籽晶的接触，以提高接触面积，确保碳化硅晶体的生长体量。

17、五、该碳化硅晶体生长设备，通过支撑板和坩埚垫座配合，可对生长坩埚进行承托，利用提拉器对电机的提拉作用，使转杆和坩埚提拉架在碳化硅晶体生长炉上升降，配合转杆受力提升带动横板和提拉板上升，使得弧抓板和咬合垫块与生长坩埚表面贴合，可对生长坩埚进行提拉，使生长坩埚脱离坩埚垫座，以使得生长坩埚在坩埚取出板抽出后进入保温桶中对其进行加热实现碳化硅晶体的生长，同时利用弧槽的设置，能有效保证咬合垫块与生长坩埚间的摩擦力，进而提高生长坩埚在保温桶中旋转进行碳化硅晶体生长制备时的稳定性。