一種用於快速製備SiC粉料的裝置的製作方法
2023-10-26 12:46:27 2
本實用新型涉及一種高頻器件應用領域，主要涉及一種用於快速製備SiC粉料的裝置。
背景技術：
作為第三代寬帶隙半導體材料的一員，相對於常見Si和GaAs等半導體材料，碳化矽材料具有禁帶寬度大、載流子飽和遷移速度高，熱導率高、臨界擊穿場強高等諸多優異的性質。基於這些優良的特性，碳化矽材料是製備高溫電子器件、高頻、大功率器件更為理想的材料。特別是在極端條件和惡劣條件下應用時，SiC器件的特性遠遠超過了Si器件和GaAs器件。同時SiC另一種寬禁帶半導體材料GaN 最好的襯底材料，使用SiC襯底製備的GaN基白光LED發光效率遠高於傳統的Si及藍寶石襯底。物理氣相傳輸方法（PVT）是目前製備SiC單晶最為常用的方法，其基本原理為SiC粉料升華生長組分在籽晶上沉積生長實現SiC單晶的生長；
目前，製備用於SiC單晶生長的粉料的方法為使用Si粉和C粉混合物進行自蔓延反應合成，使用該方法合成溫度需高於上述自蔓延反應的點火溫度（約1200℃），為使反應充分進行，通常會採用不低於1800℃的溫度合成，粉料合成完成後，在進行下一個爐次的合成前需等待坩堝溫度降低至室溫。但是，常規的合成裝置在降溫階段，由於坩堝無法與保溫材料脫離，坩堝外側仍包裹保溫材料使降溫速度較慢，這會消耗大量的降溫時間，由此，導致了SiC粉料合成效率低及合成裝置利用率低等問題。因此，如何設計出一種合成效率高、降溫速度快的製備SiC粉料的裝置，成為目前急需解決的難題。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供了一種用於快速製備SiC粉料的裝置，通過使用提拉裝置或者可升降託盤，可以實現粉料合成後坩堝快速降溫，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為：
一種用於快速製備SiC粉料的裝置，其特徵在於，包括：紅外測溫儀、上蓋、下蓋、提拉裝置、進氣口、合成爐腔、副爐室、出氣口、感應加熱裝置、石墨坩堝以及包圍在石墨坩堝外壁的保溫材料，其中，所述副爐室為中空結構，設置在所述合成爐腔的正上方，所述副爐室的直徑大於所述石墨坩堝的直徑，所述副爐室的高度大於所述石墨坩堝的高度，所述副爐室用於對所述石墨坩堝進行整體降溫處理；所述提拉裝置安裝在所述上蓋的中間位置，底部與所述石墨坩堝的頂部為可拆卸固定連接，用於提拉所述石墨坩堝在豎直方向上移動至所述副爐室；所述紅外測溫儀，用於測量所述石墨坩堝的溫度；所述石墨坩堝，放置在所述合成爐腔的內部，用於SiC晶體的生長；所述感應加熱裝置，設置在所述合成爐腔的外部，用於加熱所述合成爐腔。
進一步的，所述提拉裝置為中空結構的提拉杆，所述提拉杆上部設有出水口和進水口，用於冷卻水的通入。
進一步的，所述提拉杆的頂部設有透明的測溫窗，所述石墨坩堝頂部的保溫材料設有測溫孔，用於連接所述紅外測溫儀與所述石墨坩堝；所述紅外測溫儀，用於捕捉所述石墨坩堝頂部輻射出的紅外光來測量所述石墨坩堝頂部的溫度。
進一步的，所述提拉裝置的底部設有石墨提拉頭，所述石墨提拉頭與所述石墨坩堝的頂部進行可拆卸固定連接。
進一步的，所述提拉裝置與所述石墨坩堝的頂部的可拆卸固定連接方式，包括但不限於通過螺紋連接。
進一步的，所述提拉裝置可以替換為可升降託盤，所述可升降託盤固定安裝在所述石墨坩堝的底部，用於將所述石墨坩堝推入到所述副爐室。
進一步的，所述上蓋中間設有一個測溫窗，用於所述紅外測溫儀捕捉所述石墨坩堝頂部輻射出的紅外光來測量所述石墨坩堝頂部的溫度。
進一步的，所述副爐室設有水道、進水口和出水口，用於冷卻水的通入。
進一步的，所述保溫材料為石墨氈。
進一步的，還包括真空泵，與所述出氣口連接。
本實用新型的有益效果如下：
針對現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供了一種用於快速製備SiC粉料的裝置，通過使用提拉裝置或者可升降託盤，可以實現粉料合成後坩堝快速降溫，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
附圖說明
圖1為本實用新型的包含提拉裝置的剖面示意圖。
圖2為本實用新型的包含提拉裝置的結構示意圖。
圖3為本實用新型的包含可升降託盤的結構示意圖。
其中，1、紅外測溫儀，2、提拉裝置，3、上蓋，4、副爐室，5、爐壁，6、感應加熱線圈，7、側面和底部保溫材料，8、石墨坩堝，9、粉料，10、頂部保溫材料，11、出氣口，12、進氣口，13、提拉裝置的出水口，14、提拉裝置的進水口，15、副爐室的進水口，16、副爐室的出水口，17、石墨提拉頭,18、側溫窗，19、可升降託盤，20、固定託盤，21、下蓋。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
針對現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供了一種用於快速製備SiC粉料的裝置，通過使用提拉裝置或者可升降託盤，可以實現粉料合成後坩堝快速降溫，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
本實用新型提供了一種用於快速製備SiC粉料的裝置，如圖1所示，包括：紅外測溫儀1、上蓋3、下蓋21、提拉裝置2、進氣口12、合成爐腔、副爐室4、出氣口11、感應加熱裝置6、石墨坩堝8以及包圍在石墨坩堝外部的保溫材料，所述副爐室，用於對所述石墨坩堝進行整體降溫處理；所述提拉裝置，用於提拉所述石墨坩堝在豎直方向上移動至所述副爐室；所述紅外測溫儀，用於測量所述石墨坩堝的溫度；所述石墨坩堝，放置在所述合成爐腔的內部，用於SiC晶體的生長；所述感應加熱裝置6，設置在所述合成爐腔的外部，用於加熱所述合成爐腔。
根據本實用新型的具體實施例，如圖1所示，所述副爐室為中空結構，設置在所述合成爐腔的正上方，用於對所述石墨坩堝進行整體降溫處理。根據本實用新型具體的一些實施例，所述副爐室的直徑大於所述石墨坩堝的直徑，所述副爐室的高度大於所述石墨坩堝的高度，以便於將所述石墨坩堝整體放置到所述副爐室內部進行降溫處理；所述副爐室設有水道、進水口15和出水口16，用於冷卻水的通入。由此，可以實現粉料合成後所述石墨坩堝快速降溫，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
根據本實用新型的具體實施例，如圖1和2所示，所述提拉裝置，用於提拉所述石墨坩堝在豎直方向上移動至所述副爐室。根據本實用新型具體的一些實施例，所述提拉裝置安裝在所述上蓋的中間位置，底部與所述石墨坩堝的頂部為可拆卸固定連接；進一步的，所述提拉裝置的底部設有石墨提拉頭17，所述石墨提拉頭與所述石墨坩堝的頂部進行可拆卸固定連接。優選的，所述提拉裝置與所述石墨坩堝的頂部的可拆卸固定連接方式，包括但不限於通過螺紋連接。根據本實用新型具體的一些實施例，如圖2所示，所述提拉裝置為中空結構的提拉杆，所述提拉杆上部設有出水口13和進水口14，用於冷卻水的通入。由此，可以實現粉料合成後所述石墨坩堝快速降溫，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
根據本實用新型的具體實施例，原料9置於所述石墨坩堝的底部，所述石墨坩堝通過螺紋連接的固定方式與所述提拉裝置的石墨提拉頭固定連接。當SiC粉料9合成後，開始沿著豎直方向向上提拉所述提拉裝置，所述石墨坩堝隨著所述提拉杆移動而向上移動，直到整個所述石墨坩堝進入到所述副爐室，從而，實現了所述石墨坩堝的快速降溫，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
根據本實用新型的具體實施例，如圖1和2所示，所述紅外測溫儀，用於測量所述石墨坩堝的溫度。根據本實用新型具體的一些實施例，所述提拉杆的頂部設有透明的測溫窗18，所述石墨坩堝頂部的保溫材料設有測溫孔，用於連接所述紅外測溫儀與所述石墨坩堝；所述紅外測溫儀，用於捕捉所述石墨坩堝頂部輻射出的紅外光來測量所述石墨坩堝頂部的溫度。
根據本實用新型的具體實施例，本實用新型提供的一種用於快速製備SiC粉料的裝置，還包括感應加熱裝置、保溫材料和真空泵，其中，感應加熱裝置，包括感應加熱線圈6，所述感應加熱線圈6均勻地圍繞著所述合成爐的爐壁5，用於對合成爐進行加熱處理，進而實現對所述石墨坩堝進行感應加熱；所述保溫材料，用於對所述石墨坩堝進行保溫處理；所述真空泵，與所述出氣口連接。根據本實用新型具體的一些實施例，所述保溫材料，設置在所述石墨坩堝的側面、頂部和底部，分為側面和底部保溫材料7、頂部保溫材料10兩個部分，有利於所述石墨坩堝的保溫處理；優選的，所述保溫材料為石墨氈。由此，石墨坩堝能夠保證所述SiC粉料處於一個溫度穩定的環境中，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率，降低了能耗。
同時，本實用新型還提供了一種用於快速製備SiC粉料的裝置，如圖3所示，包括：紅外測溫儀、上蓋、下蓋、可升降託盤19、進氣口、合成爐腔、副爐室、出氣口、感應加熱裝置、石墨坩堝以及包圍在石墨坩堝外部的保溫材料，所述副爐室，用於對所述石墨坩堝進行整體降溫處理；所述可升降託盤，用於使所述石墨坩堝在豎直方向上移動至所述副爐室；所述紅外測溫儀，用於測量所述石墨坩堝的溫度；所述石墨坩堝，放置在所述合成爐腔的內部，用於SiC晶體的生長；所述感應加熱裝置6，設置在所述合成爐腔的外部，用於加熱所述合成爐腔。
根據本實用新型的具體實施例，如圖3所示，所述提拉裝置可以替換為可升降託盤19，用於將所述石墨坩堝推入到所述副爐室。根據本實用新型具體的一些實施例，所述可升降託盤固定安裝在所述石墨坩堝的底部，可以對粉料合成後所述石墨坩堝在豎直方向上進行移動，從而，可實現將粉料合成後的石墨坩堝移動到所述副爐室，對所述石墨坩堝進行整體降溫。本實用新型提供的一種用於快速製備SiC粉料的裝置，還包括固定託盤20，用於固定連接所述保溫材料。根據本實用新型的具體實施例，所述固定託盤固定連接在所述下蓋上，用於固定連接所述保溫材料。所述固定託盤和所述下蓋的中部均設有中孔，用於放置所述可移動託盤的拉杆部分，從而，實現了所述可移動託盤沿著豎直方向上進行移動。由此，可以實現粉料合成後所述石墨坩堝快速降溫，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
根據本實用新型的具體實施例，原料9置於所述石墨坩堝的底部，所述可升降託盤固定安裝在所述石墨坩堝的底部。當SiC粉料9合成後，開始沿著豎直方向向上推動所述可升降託盤，所述石墨坩堝隨著所述可升降託盤移動而向上移動，直到整個所述石墨坩堝進入到所述副爐室，從而，實現了所述石墨坩堝的快速降溫，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
根據本實用新型的具體實施例，如圖3所示，所述副爐室為中空結構，設置在所述合成爐腔的正上方，用於對所述石墨坩堝進行整體降溫處理。根據本實用新型具體的一些實施例，所述副爐室的直徑大於所述石墨坩堝的直徑，所述副爐室的高度大於所述石墨坩堝的高度，以便於將所述石墨坩堝整體放置到所述副爐室內部進行降溫處理；所述副爐室設有水道、進水口和出水口，用於冷卻水的通入。由此，可以實現粉料合成後所述石墨坩堝快速降溫，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率。
根據本實用新型的具體實施例，如圖3所示，本實用新型提供的一種用於快速製備SiC粉料的裝置，還包括感應加熱裝置、保溫材料和真空泵，其中，感應加熱裝置，用於對所述石墨坩堝進行感應加熱；所述保溫材料，用於對所述石墨坩堝進行保溫處理；所述真空泵，與所述出氣口連接。根據本實用新型具體的一些實施例，所述上蓋中間設有一個測溫窗18，用於所述紅外測溫儀捕捉所述石墨坩堝頂部輻射出的紅外光來測量所述石墨坩堝頂部的溫度；所述保溫材料，設置在所述石墨坩堝的側面、頂部和底部，有利於所述石墨坩堝的保溫處理；優選的，所述保溫材料為石墨氈。由此，石墨坩堝能夠保證所述SiC粉料處於一個溫度穩定的環境中，從而，提高SiC粉料合成效率以及設備的利用率，降低了能耗。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示意性實施例」、「示例」、「具體示例」或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由權利要求及其等同物限定。