一种电阻法碳化硅长晶设备的制作方法

1.本实用新型属于碳化硅制备设备技术领域，具体为一种电阻法碳化硅长晶设备。


背景技术：

2.碳化硅晶体结晶工艺就是将高纯碳化硅原料在坩埚中升华，气化，在特定籽晶上重新完成结晶、扩径和退火处理等程序最终得到碳化硅晶体；现有的碳化硅结晶设备的坩埚稳定性差，长晶过程中易发生移动，一旦坩埚在使用过程中发生移动，极易导致坩埚内的温场不均匀，严重影响碳化硅晶体的质量。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种电阻法碳化硅长晶设备，以解决上述背景技术中提出的问题，以提高坩埚的稳定性，提高长晶质量。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电阻法碳化硅长晶设备，包括工作台，所述工作台上设有罐体，所述罐体内部有腔体槽，所述腔体槽内通过减震弹簧固定连接有托盘，所述托盘内设有坩埚，所述坩埚通过限位组件与所述罐体连接，所述限位组件用于增加所述坩埚的稳定性，其中，所述限位组件包括抱紧环、第一限位杆、限位滑槽、第一限位筒、限位块、限位卡环和复位弹簧，所述抱紧环与第一限位杆固定连接，所述第一限位杆上开设有限位滑槽，所述第一限位筒内部固定连接有限位块、外部固定连接有限位卡环，所述复位弹簧一端固定连接在第一限位杆上、另一端固定连接在第一限位筒的内顶端，所述限位块与所述限位滑槽相适配，所述罐体内壁上设有卡槽，所述卡槽与所述第一限位筒相适配，抱紧环的长度是坩埚外圆周周长的四分之一至三分之二。
5.采用上述技术方案，将装有原料的坩埚放置于托盘上，同时将坩埚置于抱紧环内，使得抱紧环围绕并与坩埚外圆周接触。通过在纵向上设置减震弹簧，缓解坩埚的纵向受力，通过限位组件的设置，使得坩埚与罐体接触，增加坩埚的稳定性，限定坩埚纵向和横向的移动，通过复位弹簧的设置缓解坩埚的横向受力，避免坩埚的左右移动，且通过抱紧环的设置增大了坩埚与罐体的接触面积，使得摩擦变大，连接更稳定。
6.进一步地，所述限位组件为两个，对称设置。对称设置为两个的限位组件，坩埚与限位组件静止时能够给与坩埚对称的力，使其不易左右移动，坩埚与限位组件非静止时，也就是坩埚向某一侧偏移时，受压的复位弹簧能够给与坩埚推力，受拉的复位弹簧能够给与坩埚拉力，使坩埚同一方向受到两个复原的力，使其位置恢复更快，避免导致坩埚内的温场不均匀，严重影响碳化硅晶体的质量。
7.进一步地，所述托盘的内径比所述坩埚的外径略大，也就是托盘能够放下坩埚即可，优选的，所述托盘的内径比所述坩埚的外径大2～4毫米，既避免了空隙过大坩埚具有移动空间，放置不稳定，也避免了空隙过小坩埚与托盘接触容易将热量传递给托盘，影响坩埚内原料对温度的吸收。
8.进一步地，所述抱紧环与所述坩埚接触的面上设有绝热层。绝缘层的设置避免了
坩埚温度通过抱紧环扩散至限位组件等其他地方，影响坩埚内原料对温度的吸收。
9.进一步地，所述卡槽由上至下设置多个。由上至下设置多个的卡槽设置便于通过卡槽位置调整坩埚高度，使其至于合适的温区内。通过按压限位卡环，使得复位弹簧被压缩，最终使得第一限位筒脱离卡槽，然后调整限位组件的高度，再次通过按压限位卡环，使得复位弹簧被压缩，使得第一限位筒进入卡槽内，松开限位卡环，限位组件高度位置即被固定，将坩埚放入抱紧环内，同时减震弹簧的压缩程度被调整，坩埚高度被确定。
10.进一步地，所述限位卡环的外径大于所述卡槽的内径，优选的，所述限位卡环的外径是所述卡槽内径的2～3倍。该设置便于限位卡环能够很好地抵接在卡槽的外圆周上。
11.进一步地，所述限位卡环边缘部的厚度小于中间部的厚度。该设置便于限位卡环的按压，便于限位组件与卡槽的拆卸安装。
12.进一步地，所述罐体顶部螺纹连接有密封盖，所述密封盖内顶部固定有生长槽，所述生长槽与所述坩埚相适配，所述罐体内壁上设有石墨电阻加热器，用于加热所述坩埚。石墨电阻加热器由螺旋石墨电阻片和网状电阻丝组成，电流经过螺旋石墨电阻片，围绕并沿着螺旋石墨电阻片产生涡流磁场，由于每个螺旋石墨电阻片均为同一形状，且电流均是由螺旋石墨电阻片的上端向下端流过，所以其产生的磁场为均匀且稳定的磁场，其次，由于螺旋石墨电阻片为螺旋状，在受到自身的磁场影响时径向涡流无法积累，因此不易变形，径向温度相对稳定，便于控制晶体所需的温度，螺旋石墨电阻片的内部设有网状电阻丝，当螺旋石墨电阻片发生破碎时，由于网状电阻丝安装在螺旋石墨电阻片，且分布较广，能够起到临时连接的作用，避免螺旋石墨电阻片破碎时碎片散落，影响之后的收集。
13.更进一步地，所述罐体底部连接有转轴，所述转轴穿过所述工作台，所述罐体与所述工作台转动连接；
14.所述密封盖底部螺纹连接有第二限位杆，所述工作台上固定有第二限位筒，所述第二限位杆与所述第二限位筒相适配。
15.采用上述技术方案，通过转轴转动，带动罐体转动，罐体带动坩埚转动，与罐体螺纹连接的密封盖在第二限位杆和第二限位筒的限定作用下，上下移动，密封盖带动生长槽上下移动，能够调整坩埚内原料与生长槽内籽晶的距离，提高晶体生长的稳定性。
16.更进一步地，所述第二限位杆上插接有指针，所述指针穿过所述第二限位筒且随所述第二限位杆沿着所述第二限位筒滑动，所述第二限位筒上、所述指针两侧设有刻度线，该设置能够通过指针和刻度清楚直观地了解坩埚内原料与生长槽内籽晶的距离，及时调整控制参数；
17.所述密封盖的顶部设有测温孔，用于测量晶体生长时密封盖温度。
18.本实用新型具有以下有益效果：
19.1、本实用新型一种电阻法碳化硅长晶设备，通过将装有原料的坩埚放置于托盘上，同时将坩埚置于抱紧环内，使得抱紧环抱紧坩埚外圆周。具体通过在纵向上设置减震弹簧，缓解坩埚的纵向受力；通过限位组件的设置，使得坩埚与罐体接触，增加坩埚的稳定性，限定坩埚纵向和横向的移动；通过复位弹簧的设置缓解坩埚的横向受力，避免坩埚的左右移动，且通过抱紧环的设置增大了坩埚与罐体的接触面积，使得摩擦变大，连接更稳定。且优选地，对称设置两个限位组件，使得坩埚与限位组件静止时能够给与坩埚对称的力，使坩埚不易左右移动，坩埚与限位组件非静止时，也就是坩埚向某一侧偏移时，受压的复位弹簧
能够给与坩埚推力，受拉的复位弹簧能够给与坩埚拉力，使坩埚同一方向受到两个复原的力，使其位置恢复更快，避免导致坩埚内的温场不均匀，严重影响碳化硅晶体的质量。
20.2、本实用新型一种电阻法碳化硅长晶设备，通过将托盘的内径设置的略大于坩埚的外径，既避免了空隙过大坩埚可移动空间大、放置不稳定，也避免了空隙过小坩埚与托盘接触容易将热量传递给托盘，影响坩埚内原料对温度的吸收。通过绝缘层的设置避免了坩埚温度通过抱紧环扩散至限位组件等其他地方，影响坩埚内原料对温度的吸收。
21.3、本实用新型一种电阻法碳化硅长晶设备，通过由上至下设置多个的卡槽设置便于通过卡槽位置调整坩埚高度，使其至于合适的温区内。且通过转轴转动，带动罐体转动，与罐体螺纹连接的密封盖在第二限位杆和第二限位筒的限定作用下，上下移动，能够调整坩埚内原料与生长槽内籽晶的距离，提高晶体生长的稳定性。还通过指针和刻度清楚直观地了解坩埚内原料与生长槽内籽晶的距离，及时调整控制参数。
附图说明
22.图1为本实用新型一种电阻法碳化硅长晶设备结构示意图；
23.图2为图1中限位组件结构示意图。
24.图中：1、工作台；2、罐体；201、卡槽；3、腔体槽；4、减震弹簧；5、托盘；6、坩埚；7、限位组件；701、抱紧环；702、第一限位杆；703、限位滑槽；704、第一限位筒；705、限位块；706、限位卡环；707、复位弹簧；708、绝热层；8、密封盖；9、生长槽；10、石墨电阻加热器；11、转轴；12、第二限位杆；13、第二限位筒；14、刻度线；15、测温孔；16、指针。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。
26.实施例1
27.如图1所示，一种电阻法碳化硅长晶设备，包括工作台1，工作台1上设有罐体2，罐体2内部有腔体槽3，腔体槽3内通过减震弹簧4固定连接有托盘5，托盘5内设有坩埚6，托盘5的内径比坩埚6的外径大2～4毫米。坩埚6通过限位组件7与罐体2连接，限位组件7为两个，对称设置，限位组件7用于增加坩埚6的稳定性。罐体2顶部螺纹连接有密封盖8，密封盖8内顶部固定有生长槽9，生长槽9与坩埚6相适配，罐体2内壁上设有石墨电阻加热器10，用于加热坩埚6。罐体2底部连接有转轴11，转轴11穿过工作台1，罐体2与工作台1转动连接；密封盖8底部螺纹连接有第二限位杆12，工作台1上固定有第二限位筒13，第二限位杆12与第二限位筒13相适配。第二限位杆12上插接有指针16，指针16穿过第二限位筒13且随第二限位杆12沿着第二限位筒13滑动，第二限位筒13上、指针16两侧设有刻度线14；密封盖8的顶部设有测温孔15。
28.具体地如图2所示，限位组件7包括抱紧环701、第一限位杆702、限位滑槽703、第一限位筒704、限位块705、限位卡环706和复位弹簧707，抱紧环 701与第一限位杆702固定连接，第一限位杆702上开设有限位滑槽703，第一限位筒704内部固定连接有限位块705、外部固定连接有限位卡环706，复位弹簧707一端固定连接在第一限位杆702上、另一端固定连接在第一限位筒704 的内顶端，限位块705与限位滑槽703相适配，罐体2内壁上由上至下设置多个卡槽201，卡槽201与第一限位筒704相适配，抱紧环701与坩埚6接触的面上设有绝热层
708。限位卡环706的外径大于卡槽201的内径。限位卡环706边缘部的厚度小于中间部的厚度。
29.本实施例电阻法碳化硅长晶设备整体使用时，包括以下步骤：
30.(1)先根据坩埚6需要在腔体槽3内的高度调整限位组件7的高度，具体地，通过按压限位卡环706，使得复位弹簧707被压缩，最终使得第一限位筒 704脱离卡槽201，然后调整限位组件7的高度，再次通过按压限位卡环706，使得复位弹簧707被压缩，使得第一限位筒704进入卡槽201内，松开限位卡环706，限位组件7被固定至罐体2上，限位组件7的高度被确定；
31.(2)将碳化硅原料放入坩埚6中，然后将装有原料的坩埚6放置于托盘5 上，同时将坩埚6置于抱紧环701内，使得抱紧环701抱紧坩埚6外圆周，减震弹簧4被压缩，坩埚6的高度被确定；
32.(3)将密封盖8拧至罐体2上，将第二限位杆12反方向拧至密封盖8上；
33.(4)检测密封性，先对腔体槽3进行初次抽真空，抽真空至1
×
10
‑3pa，然后静置20min，观察真空压强，当压强保持不变时，继续对腔体进行抽真空，当压强变化时，打开密封盖8，对坩埚6进行重新调整后，再次进行检测密封性；
34.(5)抽真空，进行逐级抽真空，真空度范围为1
×
10
‑5pa；
35.(6)加热，通气后，开启石墨电阻加热器10进行缓慢加热，加热至2000℃，后恒温加热2.0h；
36.(7)通气，达到预定温度后，对惰性气体进行加压，惰性气体以速度为 0.5m3/min送入到腔体槽3内，惰性气体为氮气或氩气，控制真空度保持在 100pa；
37.(8)结晶，恒温加热后，坩埚6内的原料开始升华，并在生长槽9的籽晶处结晶，在预设长晶时间后结束，缓慢升温，上移速度为0.2mm/h，具体地，通过转轴11转动，带动罐体2转动，罐体2带动坩埚6转动，与罐体2螺纹连接的密封盖8在第二限位杆12和第二限位筒13的限定作用下向上移动，生长槽9随着密封盖8向上移动，以便于控制生长槽9的籽晶在合理温区内生长，缓慢升温前开启水路系统，控制进水温度21℃，水压力稳定为2kg，并在长晶时控制气压和掺杂气体组成，恒定气压范围为200pa，掺杂气体由氮气、氩气、氢气与一氧化碳组成，其中氮气与氩气含量比为5:1；
38.(9)取晶，缓慢降温后，提高腔体槽3内部气压，打开密封盖8，取出晶体。
39.综上所述，该实施例中的一种电阻法碳化硅长晶设备，通过对称设置两个限位组件7，使得坩埚6与罐体2接触，增加坩埚6的稳定性，限定坩埚6纵向和横向的移动；具体在纵向上设置减震弹簧4，缓解坩埚6的纵向受力；通过复位弹簧707的设置缓解坩埚6的横向受力，避免坩埚6的左右移动，且通过抱紧环701的设置增大了坩埚6与罐体2的接触面积，使得摩擦变大，连接更稳定。此外，坩埚6与限位组件7静止时，限位组件7能够给与坩埚6对称的力，使坩埚6不易左右移动，坩埚6与限位组件7非静止时，也就是坩埚6向某一侧偏移时，受压的复位弹簧707能够给与坩埚6推力，受拉的复位弹簧707能够给与坩埚6拉力，使坩埚6同一方向受到两个复原的力，使其位置恢复更快，避免导致坩埚6内的温场不均匀，严重影响碳化硅晶体的质量。
40.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通
技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。