1.本實用新型涉及半導體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種摻雜半絕緣碳化硅單晶的生長裝置。
背景技術(shù)：2.碳化硅(sic)作為第三代半導體材料的典型代表，具有寬帶隙、高臨界電場、高熱導率、高載流子飽和漂移速度和化學穩(wěn)定性好等特點，因此其作為制備高頻率、大功率、高溫、高頻耐腐蝕和抗輻照半導體器件廣泛的應(yīng)用于極端環(huán)境中，碳化硅單晶在未來具有舉足輕重的地位和很好的應(yīng)用前景。sic單晶包括導電和半絕緣晶體。導電sic晶體主要用于制作光電器件和大功率電力電子器件。而半絕緣sic單晶襯底在微波器件領(lǐng)域有著廣泛的用途。目前，主要采用在sic禁帶中形成深能級的方法獲得電阻率大于105ω
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cm的半絕緣sic晶體。該方法的主要原理是：通過在碳化硅禁帶中引入深能級作為補償中心，從而提高材料的電阻率。“深能級”是一般指距離價帶或?qū)У倪吘?00mev或者更高的能級，能級上電子躍遷到導帶或價帶時需要越過一個較高的勢壘，將自由電子固定，從而提高了晶體的電阻率。具體的方法是通過引入摻雜劑作為深能級，特別是釩，把sic晶體中非故意摻雜的n、b補償?shù)簦瑥亩@得半絕緣sic晶體。
3.經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的碳化硅單晶制備設(shè)備存在如下缺點：
4.碳化硅單晶電阻低，不能滿足使用需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：5.本實用新型的目的在于提供一種摻雜半絕緣碳化硅單晶的生長裝置，其能夠獲得高電阻的碳化硅晶體，滿足使用需求。
6.本實用新型的實施例是這樣實現(xiàn)的：
7.本實用新型提供一種摻雜半絕緣碳化硅單晶的生長裝置，包括：
8.用于容置原料的石墨坩堝，石墨坩堝設(shè)有內(nèi)腔以及與內(nèi)腔連通和排氣孔；
9.輸氣管，輸氣管貫穿石墨坩堝且與內(nèi)腔連通，用于向內(nèi)腔中輸送氫氣；輸氣管的部分伸入內(nèi)腔且具有位于內(nèi)腔中的輸氣孔；輸氣孔的出氣方向與排氣孔的出氣方向相反；
10.以及多孔石墨層，多孔石墨層與石墨坩堝連接，且遮擋排氣孔，以使內(nèi)腔中的氣體從多孔石墨層排出。
11.在可選的實施方式中，輸氣管穿設(shè)于排氣孔中，且輸氣管的外管壁與排氣孔的孔壁具有間距。
12.在可選的實施方式中，輸氣管的外管壁四周均與排氣孔的孔壁具有間距，以使二者共同限定出環(huán)形排氣通道。
13.在可選的實施方式中，多孔石墨層套設(shè)在輸氣管外且遮擋環(huán)形排氣通道。
14.在可選的實施方式中，石墨坩堝包括用于共同限定出內(nèi)腔的坩堝體和坩堝蓋，坩堝體設(shè)置有鍋口，坩堝蓋與坩堝體活動連接，用于打開或關(guān)閉鍋口。
15.在可選的實施方式中，坩堝體設(shè)有與鍋口相對的鍋底，排氣孔設(shè)于鍋底上；輸氣管貫穿鍋底，且輸氣孔朝向鍋口。
16.在可選的實施方式中，輸氣管于鍋底的中部位置貫穿鍋底。
17.在可選的實施方式中，坩堝蓋具有用于與坩堝體配合以形成內(nèi)腔的內(nèi)側(cè)面，內(nèi)側(cè)面上設(shè)有籽晶。
18.在可選的實施方式中，石墨坩堝用于構(gòu)成內(nèi)腔的內(nèi)壁設(shè)有耐高溫保護層，以防止內(nèi)腔中的氣體從石墨坩堝的未設(shè)置排氣孔的位置排出。
19.在可選的實施方式中，耐高溫保護層設(shè)置為稀有金屬的碳化物層。
20.本實用新型實施例的有益效果是：
21.綜上所述，本實施例提供了一種摻雜半絕緣碳化硅單晶的生長裝置，在制備碳化硅單晶的過程中，將石墨坩堝以排氣孔向下的方式設(shè)置，將氫氣從輸氣管輸送至內(nèi)腔中，由于輸氣管的輸氣孔位于內(nèi)腔，且輸氣孔的出氣方向與石墨坩堝上的排氣孔的出氣方向相反，也即輸氣孔向上設(shè)置，如此，由輸氣管通入內(nèi)腔的氫氣由于其密度相比原料中殘余的氮氣密度低，氫氣通入后向上運動，使得殘余的氮氣向下運動，且正好排氣孔的位置位于下方，從而能夠順利地將氮氣從內(nèi)腔中排出，氮氣排出徹底，排出效果好，從而避免原料中殘余的n影響碳化硅晶體的電阻性能，最終制備得到的碳化硅單晶的電阻高，滿足使用需求。
22.同時，在制備碳化硅單晶的過程中，內(nèi)腔中持續(xù)通入氫氣，碳化硅單晶在氫氣環(huán)境下生長時，氫氣與固態(tài)c反應(yīng)形成碳氫類化合物，提高了生長氣氛中c/si比，從而通過竟位效應(yīng)降低了晶體中n離子濃度，并且氫氣可以改善晶體表面的臺階結(jié)構(gòu)，降低臺階的高度和寬度，從而有利于減少晶體中的多型缺陷產(chǎn)生，提高碳化硅單晶質(zhì)量。
附圖說明
23.為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
24.圖1為本實用新型實施例的摻雜半絕緣碳化硅單晶的生長裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
25.圖2為本實用新型實施例的石墨坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖；
26.圖3為本實用新型實施例的生長裝置的應(yīng)用示意圖。
27.圖標:
28.001
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碳化硅多晶原料；002
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籽晶；100
?
石墨坩堝；110
?
坩堝體；111
?
鍋口；112
?
鍋底；113
?
排氣孔；120
?
坩堝蓋；130
?
內(nèi)腔；200
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輸氣管；210
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輸氣孔；300
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多孔石墨層；400
?
耐高溫保護層。
具體實施方式
29.為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。
30.因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
31.應(yīng)注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
32.在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該實用新型產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
33.此外，術(shù)語“水平”、“豎直”等術(shù)語并不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對“豎直”而言更加水平，并不是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。
34.在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
35.請參閱圖1
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圖3，本實施例提供了一種摻雜半絕緣碳化硅單晶的生長裝置，獲取的碳化硅單晶電阻高，滿足使用需求。
36.本實施例中，摻雜半絕緣碳化硅單晶的生長裝置包括石墨坩堝100、輸氣管200和以及多孔石墨層300。石墨坩堝100用于容置原料，石墨坩堝100設(shè)有內(nèi)腔130以及與內(nèi)腔130連通和排氣孔113。輸氣管200貫穿石墨坩堝100且與內(nèi)腔130連通，用于向內(nèi)腔130中輸送氫氣；輸氣管200的部分伸入內(nèi)腔130且具有位于內(nèi)腔130中的輸氣孔210；輸氣孔210的出氣方向與排氣孔113的出氣方向相反。多孔石墨層300與石墨坩堝100連接，且遮擋排氣孔113，以使內(nèi)腔130中的氣體從多孔石墨層300排出。
37.本實施例提供的生長裝置，在制備碳化硅單晶之前，可以先在石墨坩堝100中放置足量的碳化硅多晶原料001以及籽晶002，碳化硅多晶原料001位于內(nèi)腔130中且圍繞輸氣管200設(shè)置，并且碳化硅多晶原料001不覆蓋輸氣管200的輸氣孔210。制備時，將石墨坩堝100以排氣孔113向下的方式設(shè)置，將石墨坩堝100置于高溫環(huán)境中，并在生長過程中持續(xù)從輸氣管200輸入氫氣。由于輸氣管200的輸氣孔210位于內(nèi)腔130，且輸氣孔210的出氣方向與石墨坩堝100上的排氣孔113的出氣方向相反，也即輸氣孔210朝上設(shè)置，如此，從輸氣管200通入內(nèi)腔130的氫氣由于其密度相比原料中殘余的氮氣密度低，氫氣通入后向上運動，使得殘余的氮氣向下運動，且正好排氣孔113的位置位于下方，從而能夠順利地將氮氣從內(nèi)腔130中排出，氮氣排出徹底，排出效果好，從而避免原料中殘余的n影響碳化硅晶體的電阻性能，最終制備得到的碳化硅單晶的電阻高，滿足使用需求。
38.同時，在制備碳化硅單晶的過程中，內(nèi)腔130中持續(xù)通入氫氣，碳化硅單晶在氫氣
環(huán)境下生長時，氫氣與固態(tài)c反應(yīng)形成碳氫類化合物，提高了生長氣氛中c/si比，從而通過竟位效應(yīng)降低了晶體中n離子濃度，并且氫氣可以改善晶體表面的臺階結(jié)構(gòu)，降低臺階的高度和寬度，從而有利于減少晶體中的多型缺陷產(chǎn)生，提高碳化硅單晶質(zhì)量。
39.本實施例中，應(yīng)當理解，在制備碳化硅單晶時，可以通過輸氣管200向石墨坩堝100內(nèi)通入氫氣和氬氣的混合氣體。顯然，還可以通入其他單一或混合氣體等。
40.本實施例中，可選的，石墨坩堝100包括坩堝體110和坩堝蓋120，坩堝體110設(shè)有凹槽，坩堝蓋120與坩堝體110活動連接，坩堝蓋120用于打開或關(guān)閉坩堝體110上的凹槽的槽口。在制備過程中，坩堝蓋120與坩堝體110連接，二者共同限定出用于容置碳化硅多晶原料001的內(nèi)腔130。
41.可選的，坩堝體110設(shè)置為圓柱筒，坩堝體110的一端封閉，另一端為敞口，敞口端即為凹槽的槽口端。坩堝體110的封閉端的中部位置設(shè)置有排氣孔113，排氣孔113設(shè)置為圓形通孔。
42.為便于理解，坩堝體110的敞口端即為鍋口111，坩堝體110的封閉端即為鍋底112，鍋口111與鍋底112相對設(shè)置。排氣孔113設(shè)于鍋底112的中部位置。
43.可選的，坩堝蓋120設(shè)置為圓形蓋，坩堝蓋120具有朝向坩堝體110的內(nèi)側(cè)和與內(nèi)側(cè)相對的外側(cè)。坩堝蓋120的內(nèi)側(cè)中部用于設(shè)置籽晶002，例如，可以將籽晶002粘貼在坩堝蓋120的內(nèi)側(cè)，且大致為坩堝蓋120的內(nèi)側(cè)的中部位置。
44.進一步的，坩堝蓋120的外側(cè)設(shè)有把手，便于提起或放下坩堝蓋120。
45.進一步的，坩堝體110的內(nèi)壁設(shè)置有耐高溫保護層400。坩堝蓋120的內(nèi)側(cè)設(shè)有耐高溫保護層400。耐高溫保護層400能夠防止內(nèi)腔130中的氣體從石墨坩堝100未設(shè)置排氣孔113的位置排出。其中，耐高溫保護層400可以承受至少2000℃的溫度。
46.應(yīng)當理解，耐高溫保護層400可以采用涂覆的方式設(shè)于坩堝體110的內(nèi)壁以及坩堝蓋120的內(nèi)側(cè)。此外，耐高溫保護層400的厚度按需設(shè)置即可。
47.可選的，耐高溫保護層400設(shè)置為稀有金屬的碳化物層，稀有金屬例如鎢、釩、鋯、鈦、鈮、鉿和鉭等，在坩堝體110的內(nèi)壁以及坩堝蓋120的內(nèi)側(cè)設(shè)置耐高溫保護層400，耐高溫保護層400的熔點高于碳化硅多晶原料001的升華溫度，并且在碳化硅的長晶溫度下，可以形成一層保護膜，既保護石墨坩堝100免受氫氣的侵蝕，并且對于硅具有化學惰性，又能防止石墨坩堝100中n、b雜質(zhì)對長晶過程中造成影響，從而提高長晶質(zhì)量，提高原料利用率。
48.本實施例中，可選的，輸氣管200設(shè)置為直管，輸氣管200的一端用于與輸氣設(shè)備連通，另一端設(shè)置為輸氣孔210。輸氣管200直接插接在排氣孔113中，且輸氣管200與排氣孔113同軸設(shè)置，輸氣管200的外周壁與排氣孔113的孔壁形成環(huán)形排氣通道。輸氣管200的輸氣孔210所在端部與坩堝蓋120具有間距，輸氣孔210正對坩堝蓋120上的籽晶002。輸氣管200通過多孔石墨層300與坩堝體110連接。也即，內(nèi)腔130中殘余的氮氣在氫氣的擠壓作用下，能夠從環(huán)形排氣通道經(jīng)過多孔石墨層300內(nèi)部的通道排出。
49.顯然，在其他實施例中，輸氣管200可以設(shè)置為彎管。
50.此外，在其他實施例中，輸氣管200的部分管壁可以與排氣孔113的孔壁接觸。
51.或者，在其他實施例中，輸氣管200與排氣孔113為相互獨立設(shè)置，也即，輸氣管200貫穿鍋底112的位置與排氣孔113相互獨立。
52.應(yīng)當理解，輸氣管200可以是方管或圓管等。
53.本實施例中，可選的，多孔石墨層300設(shè)置為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，多孔石墨層300套設(shè)在輸氣管200外且嵌設(shè)在排氣孔113中，多孔石墨層300與排氣孔113的孔壁密封連接。例如，多孔石墨層300與排氣孔113的孔壁粘接固定。
54.顯然，在其他實施例中，多孔石墨層300可以設(shè)于內(nèi)腔130中或者位于坩堝體110的外壁上。
55.應(yīng)當理解，多孔石墨層300可以為圓環(huán)結(jié)構(gòu)或方環(huán)結(jié)構(gòu)等。
56.本實施例提供的生長裝置，制備過程中通入的氫氣能夠?qū)⒃现袣堄嗟牡獨馀懦觯业獨馀懦隽看螅懦龈訌氐祝瑥亩怪苽浍@取的碳化硅單晶的電阻率高，滿足使用需求。
57.以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。