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一种电阻法生长晶体的原料处理装置及方法

阅读:193发布:2020-05-12

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1.一种电阻法生长晶体的原料处理装置,包括激光器(1)、固定支架(2)、把手(3)、顶盖(4)、合页(5)、观察窗(6)、熔化炉(7)、第一旋钮(8)、第二旋钮(9)、石墨坩埚(10)、第一旋转轴(11)、保护套(12)、支撑杆(13)、第二旋转轴(14)、支撑板(15)、回收罐(16)、石墨模件(17)、托架(18)、圆形凹槽(19)、线形凹槽(20)、卡槽(21)和卡(22),其特征在于:
所述熔化炉(7)顶部壳体上安装有固定支架(2),且固定支架(2)上安装有出光方向垂直向下对准石墨坩埚中轴线的激光器(1),所述激光器(1)下方的熔化炉(7)壳体上通过合页(5)安装有顶盖(4),所述顶盖(4)表面安装有把手(3),所述熔化炉(7)前方壳体镶嵌有观察窗(6),所述顶盖(4)下方的熔化炉(7)内安置有圆柱型空心筒状的石墨坩埚(10),且石墨坩埚(10)底部外侧套有圆柱型空心筒状的保护套(12),所述保护套(12)下方中间向前的部位安装有垂直于保护套的中轴线向前伸出的第一旋转轴(11),且第一旋转轴(11)最前端嵌入第一旋钮(8)之中并且可与第一旋钮一起同轴旋转,所述第一旋钮(8)设置为外部嵌在熔化炉(7)前方壳体上,所述石墨坩埚(10)右侧安置有一组至少三个石墨模件(17),且石墨模件(17)上表面设置有圆形凹槽(19)和圆形凹槽两侧呈180°相对应的两个线形凹槽(20),托架(18)下表面平,托架(18)上表面呈从左至右若干高度递减的阶梯状,每一级阶梯表面都水平且每一级阶梯的高度差都在0.5-5mm之内,每一个所述石墨模件(17)下方通过卡块(22)与卡槽(21)的配合卡在托架(18)的某一个阶梯之上,所述托架(18)底部通过支撑杆(13)与支撑板(15)相连接,且支撑板(15)下方中间向前的部位安装有垂直于支撑杆(13)的中轴线向前伸出的第二旋转轴(14),所述第二旋转轴(14)最前端嵌入第二旋钮(14)之中并且可与第二旋钮一起同轴旋转,所述第二旋钮(14)设置为外部嵌在熔化炉(7)前方壳体上,所述石墨模件(17)右下方的熔化炉(7)内侧底部放置有回收罐(16),所述一组至少三个石墨模件(17)中的最右一个在托架(18)略右倾时,其右侧线形凹槽(20)的倾倒的位置落入所述回收罐(16)内;
所述熔化炉(7)内部后方有呈内陷圆柱形的分别容纳第一旋转轴(11)和第二旋转轴(14)的第一轴槽和第二轴槽,使得第一旋转轴(11)和第二旋转轴(14)的位置被相对固定且可旋转。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置,其特征在于:所述激光器(1)采用波长为1.2-1.8μm激光,且激光器(1)的出光线路与石墨坩埚(10)竖直放置时的中心轴线重合。
3.根据权利要求2所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置,其特征在于:所述顶盖(4)设置为翻转式开闭的结构。
4.根据权利要求3所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置,其特征在于:所述石墨坩埚(10)右侧设置为向右扩出的楔形口,且石墨坩埚(10)与第一旋转轴(11)之间的距离大于第一旋转轴(11)与最左侧的石墨模件(17)之间的距离。
5.根据权利要求4所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置,其特征在于:所述保护套(12)材质设置为石墨和陶瓷二者中任意一种,且分别通过在保护套(12)和支撑板(15)内部安装第一旋转轴(11)和第二旋转轴(14)将保护套和支撑板设置为旋转结构。
6.根据权利要求5所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置,其特征在于:所述托架(18)材质设置为陶瓷,且托架(18)顶部的卡块(22)卡在石墨模件(17)底部的卡槽(21)内。
7.根据权利要求6所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置,其特征在于:所述圆形凹槽(19)与线形凹槽(20)之间相互连通。
8.一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理方法,其利用如权利要求7所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置以进行,其特征在于,包括以下步骤:
A、在熔化炉中安装坩埚、石墨模件组合、瓷质托架,并且在最右侧的石墨模件的右侧线性凹槽下方放置石墨回收罐,然后在坩埚中放入碳化硅物料;
B、根据托架(18)上的阶梯数量选择对应的石墨模件数量,将所有石墨模件试放于托架(18)之上,在形状符合之后,将石墨模件出现紧贴情况的边缘用碳化物涂层边缘粘接在一起,形成阶梯状;
C、保证托架(18)每层阶梯上的卡块(22)都卡在石墨模件(17)底部的卡槽(21)内,确认其基本无松动;
D、打开顶盖,用激光烧灼5-15min,直至全部熔化,并同时控制熔化炉内的加热装置加热温度至900-1200℃并保持,停止激光,关闭顶盖;
E、转动托架上的旋钮使托架略向右倾,带动全部石墨模件全部右倾2-10°之间的度;
F、转动旋钮,使坩埚右倾,缓慢地将熔化体倒出,使至落至最左侧的石墨模件中,落在其左侧的线性凹槽上某处;
G、由于重作用,熔化体逐个填入各个圆形凹槽内,待有熔化体开始落入回收罐中,将托架缓缓转回水平状态;
H、保温2-5min,然后,控制熔化炉内的加热装置梯度降温到常温;
I、此时每个石墨模件的各圆形凹槽内自然生成下部和侧部基本规整的碳化硅圆片,若上表面略不规则,稍加切削即可得到规整圆片。

说明书全文

一种电阻法生长晶体的原料处理装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及碳化硅晶体相关技术领域,具体为一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置及方法。

背景技术

[0002] 碳化硅晶体生长的原料中,最难取得的高质量原料是圆柱形碳化硅薄片。现有技术一般这样得到硅锭:真空环境下,在石墨坩埚中盛放待处理的多晶硅原料,置于带有电子束发生装置的熔化炉,采用波长为1.8μm激光在90A、20ms、1Hz条件下辐照处理15min,然后控制石墨坩埚内部自下而上形成递增的温度梯度,保持15h,得到硅熔液,以90C/h的速度阶梯式冷却得到硅锭,粉碎至60目,进行酸洗,将硅锭质量8倍的酸液雾化,喷洒在硅锭表面,清洗后烘干,得到第一处理料。
[0003] 现有技术中往往是采取单晶柱切割的方式,这样必须先制成单晶再切割,不仅成本高,中间还有损耗。有时一不小心的切割会导致大单晶的损坏,损失无可估量。
[0004] 因此,现有技术迫切需要得到一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置及方法,直接一次得到碳化硅薄片,而不是再进行冷却切割。通过冷却切割得到薄片的方式既不合理,险也太大。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置及方法,直接一次得到碳化硅薄片,而不是再进行冷却切割。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置及方法,包括熔化炉,所述熔化炉顶部壳体上安装有固定支架,且固定支架上安装有出光方向垂直向下对准石墨坩埚中轴线的激光器,所述激光器下方的熔化炉壳体上通过合页安装有顶盖,所述顶盖表面安装有把手,所述熔化炉前方壳体镶嵌有观察窗,所述顶盖下方的熔化炉内安置有圆柱型空心筒状的石墨坩埚,且石墨坩埚底部外侧套有圆柱型空心筒状的保护套,所述保护套下方中间向前的部位安装有垂直于保护套的中轴线向前伸出的第一旋转轴,且第一旋转轴最前端嵌入第一旋钮之中并且可与第一旋钮一起同轴旋转相连接,所述第一旋钮设置为外部嵌在熔化炉前方壳体上,所述石墨坩埚右侧安置有石墨模件,且石墨模件上表面设置有圆形凹槽和圆形凹槽两侧呈180°相对应的两个线形凹槽,托架下表面平,托架上表面呈从左至右若干高度递减的阶梯状,每一级阶梯表面都水平且每一级阶梯的高度差都在0.5-5mm之内,每一个所述石墨模件下方通过卡块(22)与卡槽(21)的配合卡在托架(18)的某一个阶梯之上,所述托架底部通过支撑杆与支撑板相连接,且支撑板下方中间向前的部位安装有垂直于支撑杆(13)的中轴线向前伸出的第二旋转轴,所述第二旋转轴最前端嵌入第二旋钮(14)之中并且可与第二旋钮一起同轴旋转相连接,所述第二旋钮设置为外部嵌在熔化炉前方壳体上,所述石墨模件右下方的熔化炉内侧底部放置有回收罐,所述一组至少三个石墨模件中的最右一个在托架略右倾时,其右侧线形凹槽的倾倒的位置落入所述回收罐内;所述熔化炉内部后方有呈内陷圆柱形的分别容纳第一旋转轴和第二旋转轴的第一轴槽和第二轴槽,使得第一旋转轴和第二旋转轴的位置被相对固定且可旋转。
[0007] 优选的,所述激光器采用波长为1.2-1.8μm激光,且激光器的出光线路与石墨坩埚竖直放置时的中心轴线重合。
[0008] 优选的,所述顶盖设置为翻转式开闭的结构。
[0009] 优选的,所述石墨坩埚右侧设置为向右扩出的楔形口,且石墨坩埚与第一旋转轴之间的距离大于第一旋转轴与最左侧的石墨模件之间的距离。
[0010] 优选的,所述保护套材质设置为石墨和陶瓷二者中任意一种,且分别通过在保护套和支撑板内部安装第一旋转轴和第二旋转轴将保护套和支撑板设置为旋转结构。
[0011] 优选的,所述托架材质设置为陶瓷,且托架顶部的卡块卡在石墨模件底部的卡槽内。
[0012] 优选的,所述圆形凹槽与线形凹槽之间相互连通。
[0013] 一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理方法,其利用如前所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置以进行,其特征在于,包括以下步骤:A、在熔化炉中安装坩埚、石墨模件组合、瓷质托架,并且在最右侧的石墨模件的右侧线性凹槽下方放置石墨回收罐,然后在坩埚中放入碳化硅物料;B、根据托架(18)上的阶梯数量选择对应的石墨模件数量,将所有石墨模件试放于托架(18)之上,在形状符合之后,将石墨模件出现紧贴情况的边缘用碳化物涂层边缘粘接在一起,形成阶梯状;C、保证托架(18)每层阶梯上的卡块(22)都卡在石墨模件(17)底部的卡槽(21)内,确认其基本无松动;D、打开顶盖,用激光烧灼5-15min,直至全部熔化,并同时控制熔化炉内的加热装置加热温度至900-1200℃并保持,停止激光,关闭顶盖;E、转动托架上的旋钮使托架略向右倾,带动全部石墨模件全部右倾2-10°之间的度;F、转动旋钮,使坩埚右倾,缓慢地将熔化体倒出,使至落至最左侧的石墨模件中,落在其左侧的线性凹槽上某处;G、由于重作用,熔化体逐个填入各个圆形凹槽内,待有熔化体开始落入回收罐中,将托架缓缓转回水平状态;H、保温2-5min,然后,控制熔化炉内的加热装置梯度降温到常温;I、此时每个石墨模件的各圆形凹槽内自然生成下部和侧部基本规整的碳化硅圆片,若上表面略不规则,稍加切削即可得到规整圆片。
[0014] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:该碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置及方法将需要片数的石墨模件用碳化物涂层边缘粘接在一起,形成阶梯状,这样将模件和石墨坩埚都向右倾斜极小的角度时,由于重力作用,熔化体逐个填入各个模件的圆形凹槽内,待都填入后转回至水平,待整体冷却后,各圆形凹槽内自然生成碳化硅圆片,直接一次得到碳化硅薄片,而不是再进行冷却切割。如果角度和转的速度控制得宜,可以直接得到可用于引晶的圆形薄片,如果因为角度和转的速度而上表面略有起伏或黏连,可通过补充切削来解决,这样即使一块切坏了也不会使得大块单晶报废,风险很低。附图说明
[0015] 图1为本发明结构示意图;
[0016] 图2为本发明熔化炉内部结构示意图;
[0017] 图3为本发明石墨模件俯视结构示意图;
[0018] 图4为本发明石墨模件与托架的一个阶梯部的垂直剖面结构示意图。
[0019] 图中:1、激光器,2、固定支架,3、把手,4、顶盖,5、合页,6、观察窗,7、熔化炉,8、第一旋钮,9、第二旋钮,10、石墨坩埚,11、第一旋转轴,12、保护套,13、支撑杆,14、第二旋转轴,15、支撑板,16、回收罐,17、石墨模件,18、托架,19、圆形凹槽,20、线形凹槽,21、卡槽,22、卡块。

具体实施方式

[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0021] 实施例1
[0022] 请参阅图1-4,本发明提供一种技术方案:一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置及方法,包括激光器1、固定支架2、把手3、顶盖4、合页5、观察窗6、熔化炉7、第一旋钮8、第二旋钮9、石墨坩埚10、第一旋转轴11、保护套12、支撑杆13、第二旋转轴14、支撑板15、回收罐16、石墨模件17、托架18、圆形凹槽19、线形凹槽20、卡槽21和卡块22,熔化炉7顶部壳体上安装有固定支架2,且固定支架2上安装有出光方向垂直向下对准石墨坩埚中轴线的激光器1,激光器1下方的熔化炉7壳体上通过合页5安装有顶盖4,顶盖4表面安装有把手3,熔化炉7前方壳体镶嵌有观察窗6,顶盖4下方的熔化炉7内安置有圆柱型空心筒状的石墨坩埚10,且石墨坩埚10底部外侧套有圆柱型空心筒状的保护套12,保护套12下方中间向前的部位安装有垂直于保护套的中轴线向前伸出的第一旋转轴11,且第一旋转轴11最前端嵌入第一旋钮之中并且可与第一旋钮一起同轴旋转8相连接,第一旋钮8设置为外部嵌在熔化炉7前方壳体上,石墨坩埚10右侧安置有石墨模件17,且石墨模件17上表面设置有圆形凹槽19和圆形凹槽两侧呈180°相对应的两个线形凹槽20,托架18下表面水平,托架18上表面呈从左至右若干高度递减的阶梯状,每一级阶梯表面都水平且每一级阶梯的高度差都在0.5-
5mm之内,石墨模件17下方通过卡块22与卡槽21的配合卡在托架18的某一个阶梯之上,托架
18底部通过支撑杆13与支撑板15相连接,且支撑板15下方中间向前的部位安装有垂直于支撑杆(13)的中轴线向前伸出的第二旋转轴14,第二旋转轴14最前端嵌入第二旋钮(14)之中并且可与第二旋钮一起同轴旋转9相连接,第二旋钮9设置为外部嵌在熔化炉7前方壳体上,石墨模件17右下方的熔化炉7内侧底部放置有回收罐16;所述熔化炉7内部后方有呈内陷圆柱形的分别容纳第一旋转轴11和第二旋转轴14的第一轴槽和第二轴槽,使得第一旋转轴11和第二旋转轴14的位置被相对固定且可旋转。这里卡块22与卡槽21的深度/高度很低,例如是0.2-1.5mm之内。为了方便起见,这里的石墨模件的样式可以是完全一样的,仅仅是放置的阶梯高度不同,就可以实现略倾斜后的顺序流动。
[0023] 激光器1采用波长为1.2-1.8μm激光,且激光器1的出光线路与石墨坩埚10竖直放置时的中心轴线重合;顶盖4设置为翻转式开闭的结构,用于给激光照射留出通路,待硅原料融化后关闭,利于内部的温度保持;石墨坩埚10右侧设置为向右扩出的楔形口,且石墨坩埚10与第一旋转轴11之间的距离大于第一旋转轴11与最左侧的石墨模件17之间的距离,保证在转动旋钮时,使坩埚右倾,能够将熔化体倒出至最左侧的石墨模件中;保护套12材质设置为石墨和陶瓷二者中任意一种,且分别通过在保护套12和支撑板15内部安装第一旋转轴11和第二旋转轴14将保护套和支撑板设置为旋转结构;托架18材质设置为陶瓷,且托架18顶部的卡块22卡在石墨模件17底部的卡槽21内;圆形凹槽19与线形凹槽20之间相互连通。
[0024] 实施例2
[0025] 一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理方法,其利用如前所述的一种碳化硅电阻法生长晶体的原料处理装置以进行,其特征在于,包括以下步骤:A、在熔化炉中安装坩埚、石墨模件组合、瓷质托架,并且在最右侧的石墨模件的右侧线性凹槽下方放置石墨回收罐,然后在坩埚中放入碳化硅物料;B、根据托架18上的阶梯数量选择对应的石墨模件数量,将所有石墨模件试放于托架18之上,在形状符合之后,将石墨模件出现紧贴情况的边缘用碳化物涂层边缘粘接在一起,形成阶梯状;C、保证托架18每层阶梯上的卡块22都卡在石墨模件17底部的卡槽21内,确认其基本无松动;D、打开顶盖,用激光烧灼5-15min,直至全部熔化,并同时控制熔化炉内的加热装置加热温度至900-1200℃并保持,停止激光,关闭顶盖;E、转动托架上的旋钮使托架略向右倾,带动全部石墨模件全部右倾2-10°之间的角度;F、转动旋钮,使坩埚右倾,缓慢地将熔化体倒出,使至落至最左侧的石墨模件中,落在其左侧的线性凹槽上某处;G、由于重力作用,熔化体逐个填入各个圆形凹槽内,待有熔化体开始落入回收罐中,将托架缓缓转回水平状态;H、保温2-5min,然后,控制熔化炉内的加热装置梯度降温到常温;I、此时每个石墨模件的各圆形凹槽内自然生成下部和侧部基本规整的碳化硅圆片,若上表面略不规则,稍加切削即可得到规整圆片。这里注意为了不引入杂质,可以不涂碳化物涂层,或者注意不要将碳化物涂层涂到任何露出的石墨模件表面。为了防止熔融物对熔化炉的伤害,可以设置成最右侧的石墨模件水平时和略倾斜时都会使内容物落入回收罐中。
[0026] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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