CN111321461B - 一种pvt法生长高质量晶体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PVT法生长高质量晶体的装置，属于氮化铝或碳化硅晶体生长技术领域。提高原料利用率，保证原料升华的蒸气中组分比率及压力，并解决了晶体固定及拆卸的困难，避免了晶体内部应力的产生，得到高质量晶体。包括坩埚体、承托盘、轴、过滤板、坩埚盖和籽晶托，埚体的上部可拆卸安装有籽晶托，籽晶托的上部可拆卸安装有坩埚盖，过滤板位于坩埚体的内部，承托盘滑动安装于坩埚体的内部，轴穿过承托盘与过滤板连接；坩埚体包括生长室和粉料室，生长室位于粉料室的上侧，生长室内安装有过滤板，承托盘滑动安装于粉料室内，粉料室的上部为圆台形。

Description

一种PVT法生长高质量晶体的装置

技术领域

本发明涉及一种PVT法生长高质量晶体的装置，属于氮化铝或碳化硅晶体生长技术领域。

背景技术

在使用PVT法进行氮化铝或碳化硅晶体生长过程中，需要加热器对坩埚体内的原料进行加热，然而在加热的过程中，受到轴向温度梯度的影响，靠近坩埚体边缘的原料升华的快，往往中部原料不能被利用到，原料升华的蒸气到达炉体中部时凝结在炉体中部，造成原料浪费及到达籽晶的原料升华的蒸气的不均匀；同时原料随着生长时间的延长而不断消耗，在生长后期，原料升华的蒸气中组分比率及压力已经严重失调，这样生长出的晶体质量已经不能保证；另外，一般晶体生长是籽晶直接粘接在粘接片或坩埚盖上，进行生长，这样的结构在冷却中因为粘接片与籽晶的膨胀系数的不同产生严重的应力，并且在生长完成后难以将晶体与粘接片分离，即使用切割的方法分离，切割过程中产生的振动也可能导致晶体断裂，破坏成品。

基于上述问题，亟需提出一种PVT法生长高质量晶体的装置，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种PVT法生长高质量晶体的装置，有益效益是提高原料利用率，保证原料升华的蒸气中组分比率及压力，并解决了晶体固定及拆卸的困难，避免了晶体内部应力的产生，得到高质量晶体。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种PVT法生长高质量晶体的装置，包括坩埚体、承托盘、轴、过滤板、坩埚盖和籽晶托，埚体的上部可拆卸安装有籽晶托，籽晶托的上部可拆卸安装有坩埚盖，过滤板位于坩埚体的内部，承托盘滑动安装于坩埚体的内部，轴穿过承托盘与过滤板连接；

坩埚体包括生长室和粉料室，生长室位于粉料室的上侧，生长室内安装有过滤板，承托盘滑动安装于粉料室内，粉料室的上部为圆台形。

优选的：所述粉料室的内壁上加工有第一限位槽，第一限位槽与过滤板建立安装。

优选的：承托盘包括托盘盘体和连接腔体，连接腔体的下端加工有连接腔体螺纹，托盘盘体的中心加工有一个导向通孔，连接腔体与托盘盘体同轴心固定连接。

优选的：所述轴上依次加工实心圆柱段、螺纹段和连接支撑段，实心圆柱段上加工有第二限位销，第二限位销与过滤板建立安装，轴与托盘盘体同轴安装，实心圆柱段与托盘盘体的中心加工有一个导向通孔滑动连接，螺纹段通过连接腔体螺纹与承托盘连接。

优选的：所述过滤板包括外侧带销支撑环体、支杆、多孔过滤网和内侧带槽的支撑环体，外侧带销支撑环体与内侧带槽的支撑环体同轴安装，外侧带销支撑环体和内侧带槽的支撑环体通过支杆固定连接，外侧带销支撑环体与内侧带槽的支撑环体之间固定安装有多孔过滤网，外侧带销支撑环体与第一限位槽可拆卸连接，外侧带销支撑环体被第一限位槽径向固定，第二限位销与内侧带槽的支撑环体可拆卸连接，内侧带槽的支撑环体通过第二限位销将轴径向固定。

优选的：所述还包括支架，所述支架包括第一支撑梁、第二支撑梁、第三支撑梁和安装板，第一支撑梁和第二支撑梁的数量各为四个，四个第二支撑梁固定连接成正方形，四个第一支撑梁分别位于正方形第二支撑梁的四个角，第一支撑梁上部与正方形第二支撑梁固定连接，第一支撑梁下部与安装板固定连接，坩埚体与支架通过第三支撑梁固定连接。

优选的：还包括驱动机构，所述驱动机构包括步进电机、旋转体第一铰座、第二铰座、第一连杆、推力球轴承、第二连杆和第一铰座，步进电机与安装板固定连接，步进电机的输出端与旋转体固定连接，第二铰座的数量为三个，第二铰座圆周阵列在旋转体的外侧，第二铰座与旋转体固定连接，第一连杆的下端与第二铰座铰接，第一连杆的上端与第二连杆铰接，第二连杆与第一铰座铰接，旋转体通过推力球轴承与连接支撑段连接，第一铰座的数量为三个，第一铰座圆周阵列固定安装于托盘盘体的下侧。

本发明具有以下有益效果：

1.通过改变坩埚体的体积，保证原料升华的蒸气中组分比率及压力，提高原料利用率；

2.过滤板可将杂质过滤，提高晶体纯度，避免在坩埚周围冷点处沉积产生多晶，同时过滤板可拆卸，方便更换清洗；

3.粉料室的上部为圆锥形，将升华的原料进行集中导向；

4.坩埚体的上部可拆卸安装有籽晶托，籽晶托的上部可拆卸安装有坩埚盖，使晶体拆卸方便，避免了晶体内部应力的产生，可得到表面平整，内部应力低的高质量晶体；

5.越靠近坩埚体边缘的粉料受到径向温度梯度的影响升华的速度越快，承托盘旋转产生的离心力使粉料径向运动，在对坩埚体边缘的粉料进行补充来减小径向温度梯度对粉料升华速度的影响，轴可避免粉料室内原料中心温度低产生的原料蒸汽凝结。

附图说明

图1是一种PVT法生长高质量晶体的装置的主视图；

图2是一种PVT法生长高质量晶体的装置的剖视图

图3是坩埚体的局部放大图；

图4是承托盘和轴的结构图；

图5是过滤板的结构图；

图6是一种PVT法生长高质量晶体的装置的立体图；

图7是一种PVT法生长高质量晶体的装置的俯视图；

图8是驱动机构的结构图；

图中1-坩埚体，1-1-生长室，1-2-粉料室，2-承托盘，2-2-托盘盘体，2-3-连接腔体，2-4-连接腔体螺纹，3-轴，3-1-轴段，3-2-第二限位销，3-3-螺纹段，3-4-连接支撑段，4-过滤板，4-1-外侧带销支撑环体，4-2-支杆，4-3-多孔过滤网，4-4-内侧带槽的支撑环体，5-支架，5-1-第一支撑梁，5-2-第二支撑梁，5-3-第三支撑梁，5-4-安装板，6-驱动机构，6-1-步进电机，6-2-旋转体，6-3-第二铰座，6-4-第一连杆，6-5-推力球轴承，6-6-第二连杆，6-7-第一铰座，7-坩埚盖，8-籽晶托。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接(即为不可拆卸连接)包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

具体实施方式一：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的一种PVT法生长高质量晶体的装置，包括坩埚体1、承托盘2、轴3、过滤板4、坩埚盖7和籽晶托8，埚体1的上部可拆卸安装有籽晶托8，籽晶托8的上部可拆卸安装有坩埚盖7，过滤板4位于坩埚体1的内部，承托盘2滑动安装于坩埚体1的内部，轴3穿过承托盘2与过滤板4连接，籽晶托8用来放置籽晶，生成的晶体在籽晶上凝结，拆卸方便，避免了晶体内部应力的产生，可得到表面平整，内部应力低的高质量晶体；

坩埚体1包括生长室1-1和粉料室1-2，生长室1-1位于粉料室1-2的上侧，生长室1-1内安装有过滤板4，承托盘2滑动安装于粉料室1-2内，粉料室1-2的上部为圆台形，将升华的原料进行集中导向。

具体实施方式二：结合图1、图3说明本实施方式，本实施方式的一种PVT法生长高质量晶体的装置，粉料室1-2的内壁上加工有第一限位槽1-3，第一限位槽1-3与过滤板4建立安装。

具体实施方式三：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种PVT法生长高质量晶体的装置，承托盘2包括托盘盘体2-2和连接腔体2-3，连接腔体2-3的下端加工有连接腔体螺纹2-4，托盘盘体2-2的中心加工有一个导向通孔，连接腔体2-3与托盘盘体2-2同轴心固定连接，托盘盘体2-2的中心加工有一个导向通孔，连接腔体2-3与托盘盘体2-2同轴心固定连接。

具体实施方式四：结合图1、图2、图3、图4、图5、图8说明本实施方式，本实施方式的一种PVT法生长高质量晶体的装置，轴3上依次加工实心圆柱段3-1、螺纹段3-3和连接支撑段3-4，实心圆柱段3-1上加工有第二限位销3-2，第二限位销3-2与过滤板4建立安装，轴3与托盘盘体2-2同轴安装，实心圆柱段3-1与托盘盘体2-2的中心加工有一个导向通孔滑动连接，螺纹段3-3通过连接腔体螺纹2-4与承托盘2连接，托盘盘体2-2中心的导向通孔防止轴3发生倾斜，螺纹段3-3通过连接腔体螺纹2-4与承托盘2连接，轴段3-1可避免粉料室内原料中心温度低产生的原料蒸汽凝结。

具体实施方式五：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图8说明本实施方式，本实施方式的一种PVT法生长高质量晶体的装置，过滤板4包括外侧带销支撑环体4-1、支杆4-2、多孔过滤网4-3和内侧带槽的支撑环体4-4，外侧带销支撑环体4-1与内侧带槽的支撑环体4-4同轴安装，外侧带销支撑环体4-1和内侧带槽的支撑环体4-4通过支杆4-2固定连接，外侧带销支撑环体4-1与内侧带槽的支撑环体4-4之间固定安装有多孔过滤网4-3，外侧带销支撑环体4-1与第一限位槽1-3可拆卸连接，外侧带销支撑环体4-1被第一限位槽1-3径向固定，第二限位销3-2与内侧带槽的支撑环体4-4可拆卸连接，内侧带槽的支撑环体4-4通过第二限位销3-2将轴3径向固定，多孔过滤网4-3可将杂质过滤，提高晶体纯度，避免在坩埚周围冷点处沉积产生多晶，同时过滤板可拆卸，方便更换清洗，支杆4-2增加了外侧带销支撑环体4-1与内侧带槽的支撑环体4-4的连接强度，同时也对多孔过滤网4-3起到保护作用。

具体实施方式六：结合图1、图2、图3、图6、图7、图8说明本实施方式，本实施方式的一种PVT法生长高质量晶体的装置，还包括支架5，所述支架5包括第一支撑梁5-1、第二支撑梁5-2、第三支撑梁5-3和安装板5-4，第一支撑梁5-1和第二支撑梁5-2的数量各为四个，四个第二支撑梁5-2固定连接成正方形，四个第一支撑梁5-1分别位于正方形第二支撑梁5-2的四个角，第一支撑梁5-1上部与正方形第二支撑梁5-2固定连接，第一支撑梁5-1下部与安装板5-4固定连接，坩埚体1与支架5通过第三支撑梁5-3固定连接，安装板5-4用于安装驱动机构6，同时安装板5-4也增加了支架5的支撑强度，四个第二支撑梁5-2固定连接成正方形的内切圆的直径要大于驱动机构6运动时需要的最大直径，防止发生碰撞。

具体实施方式七：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的一种PVT法生长高质量晶体的装置，还包括驱动机构6，所述驱动机构6包括步进电机6-1、旋转体第一铰座6-2、第二铰座6-3、第一连杆6-4、推力球轴承6-5、第二连杆6-6和第一铰座6-7，步进电机6-1与安装板5-4固定连接，步进电机6-1的输出端与旋转体6-2固定连接，第二铰座6-3的数量为三个，第二铰座6-3圆周阵列在旋转体6-2的外侧，第二铰座6-3与旋转体6-2固定连接，第一连杆6-4的下端与第二铰座6-3铰接，第一连杆6-4的上端与第二连杆6-6铰接，第二连杆6-6与第一铰座6-7铰接，旋转体6-2通过推力球轴承6-5与连接支撑段3-4连接，第一铰座6-7的数量为三个，第一铰座6-7圆周阵列固定安装于托盘盘体2-2的下侧，在对粉料室1-2进行加热的过程中，由于径向温度梯度的影响，粉料室1-2边缘原料升华速度快，且随着原料的升华，原料蒸气中组分比率及压力改变，启动步进电机6-1，步进电机6-1带动旋转体6-2旋转，旋转体6-2通过第二铰座6-3带动第一连杆6-4旋转，第一连杆6-4带动第二连杆6-6旋转，最终第二连杆6-6通过第一铰座6-7带动托盘盘体2-2旋转，此时托盘盘体2-2上的原料收到离心力的作用向粉料室1-2的边缘运动，对粉料室1-2边缘处的原料进行补充，同时，在托盘盘体2-2旋转的过程中，因为旋转体6-2通过推力球轴承6-5与连接支撑段3-4连接，推力球轴承6-5将轴3轴向固定，并且外侧带销支撑环体4-1被第一限位槽1-3径向固定，内侧带槽的支撑环体4-4通过第二限位销3-2将轴3径向固定，托盘盘体2-2带动连接腔体2-3旋转，连接腔体2-3带动连接腔体螺纹2-4旋转，第一连杆6-4的上端与第二连杆6-6的连接角度发生变化，从而改变了第一连杆6-4的上端与第二连杆6-6的垂直高度，实现承托盘2的轴向运动，从而改变坩埚体1的体积，从而控制坩埚体1内的压力和蒸气中组分比率，提高原料利用率。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种PVT法生长高质量晶体的装置，其特征在于：包括坩埚体(1)、承托盘(2)、轴(3)、过滤板(4)、坩埚盖(7)和籽晶托(8)，坩埚体(1)的上部可拆卸安装有籽晶托(8)，籽晶托(8)的上部可拆卸安装有坩埚盖(7)，过滤板(4)位于坩埚体(1)的内部，承托盘(2)滑动安装于坩埚体(1)的内部，包括托盘盘体(2-2)和连接腔体(2-3)，轴(3)穿过承托盘(2)与过滤板(4)连接，由实心圆柱段(3-1)、螺纹段(3-3)和连接支撑段(3-4)组成，坩埚体(1)与支架(5)通过第三支撑梁(5-3)固定连接，安装板(5-4)用于安装驱动机构(6)，支架(5)包括第一支撑梁(5-1)、第二支撑梁(5-2)、第三支撑梁(5-3)和安装板(5-4)；

坩埚体(1)包括生长室(1-1)和粉料室(1-2)，生长室(1-1)位于粉料室(1-2)的上侧，生长室(1-1)内安装有过滤板(4)，承托盘(2)滑动安装于粉料室(1-2)内，粉料室(1-2)的上部为圆台形；

驱动机构(6)包括步进电机(6-1)、旋转体第一铰座(6-2)、第二铰座(6-3)、第一连杆(6-4)、推力球轴承(6-5)、第二连杆(6-6)和旋转体第一铰座(6-7),步进电机(6-1)与安装板(5-4)固定连接，步进电机(6-1)的输出端与旋转体(6-2)固定连接，第二铰座(6-3)的数量为三个，第二铰座(6-3)圆周阵列在旋转体(6-2)的外侧，第二铰座(6-3)与旋转体(6-2)固定连接，第一连杆(6-4)的下端与第二铰座(6-3)铰接，第一连杆(6-4)的上端与第二连杆(6-6)铰接，第二连杆(6-6)与第一铰座(6-7)铰接，旋转体(6-2)通过推力球轴承(6-5)与连接支撑段(3-4)连接，第一铰座(6-7)的数量为三个，第一铰座(6-7)圆周阵列固定安装于托盘盘体(2-2)的下侧。

2.根据权利要求1所述的一种PVT法生长高质量晶体的装置，其特征在于：所述粉料室(1-2)的内壁上加工有第一限位槽(1-3)，第一限位槽(1-3)与过滤板(4)建立安装。

3.根据权利要求2所述的一种PVT法生长高质量晶体的装置，其特征在于：承托盘(2)包括托盘盘体(2-2)和连接腔体(2-3)，连接腔体(2-3)的下端加工有连接腔体螺纹(2-4)，托盘盘体(2-2)的中心加工有一个导向通孔，连接腔体(2-3)与托盘盘体(2-2)同轴心固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种PVT法生长高质量晶体的装置，其特征在于：轴(3)上依次加工实心圆柱段(3-1)、螺纹段(3-3)和连接支撑段(3-4)，实心圆柱段(3-1)上加工有第二限位销(3-2)，第二限位销(3-2)与过滤板(4)建立安装，轴(3)与托盘盘体(2-2)同轴安装，实心圆柱段(3-1)与托盘盘体(2-2)的中心加工有一个导向通孔滑动连接，螺纹段(3-3)通过连接腔体螺纹(2-4)与承托盘(2)连接。

5.根据权利要求4所述的一种PVT法生长高质量晶体的装置，其特征在于：所述过滤板(4)包括外侧带销支撑环体(4-1)、支杆(4-2)、多孔过滤网(4-3)和内侧带槽的支撑环体(4-4)，外侧带销支撑环体(4-1)与内侧带槽的支撑环体(4-4)同轴安装，外侧带销支撑环体(4-1)和内侧带槽的支撑环体(4-4)通过支杆(4-2)固定连接，外侧带销支撑环体(4-1)与内侧带槽的支撑环体(4-4)之间固定安装有多孔过滤网(4-3)，外侧带销支撑环体(4-1)与第一限位槽(1-3)可拆卸连接，外侧带销支撑环体(4-1)被第一限位槽(1-3)径向固定，第二限位销(3-2)与内侧带槽的支撑环体(4-4)可拆卸连接，内侧带槽的支撑环体(4-4)通过第二限位销(3-2)将轴(3)径向固定。

6.根据权利要求4所述的一种PVT法生长高质量晶体的装置，其特征在于：还包括支架(5)，所述支架(5)包括第一支撑梁(5-1)、第二支撑梁(5-2)、第三支撑梁(5-3)和安装板(5-4)，第一支撑梁(5-1)和第二支撑梁(5-2)的数量各为四个，四个第二支撑梁(5-2)固定连接成正方形，四个第一支撑梁(5-1)分别位于正方形第二支撑梁(5-2)的四个角，第一支撑梁(5-1)上部与正方形第二支撑梁(5-2)固定连接，第一支撑梁(5-1)下部与安装板(5-4)固定连接，坩埚体(1)与支架(5)通过第三支撑梁(5-3)固定连接。

Images