一种电阻法碳化硅长晶设备
技术领域
本发明涉及碳化硅制备领域，特别涉及一种电阻法碳化硅长晶设备。
背景技术
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是通过感应法碳化硅设备进行制得，在使用时存在一定的弊端，现有的温区加热方式都是通过感应线圈来进行加热的，所产生的温区相对来说梯度过小；（1）、基于设备本身为石墨电阻加热，现有的石墨电阻加热器为条形，电流通过条形的石墨电阻加热器，由于通电的石墨条周围产生螺旋磁场，而传统的石墨电阻加热器为条形，且每个条形石墨电阻片相互交错，电流在沿着条形的石墨电阻片进行流动时，每个条形石墨电阻片产生的磁场方向均不相同，且相互冲突，使得条形石墨电阻片内部磁场紊乱，最终导致条形石墨电阻片在高温中受到类似热磁场的影响，既容易产生形变，还导致其径向温度实时发生变化，难以温度控制，对晶体生长不利，其次，（2）、水路系统结构体积较大，使用与摆放都需要占用大量的空间，且水路系统内部的各个部件安装位置不合理，从而增大电阻法碳化硅长晶设备体积，在对现有的电阻法碳化硅长晶设备中的水路系统进行修理时，由于水路系统内部部件与管道相互重叠摆放，给修理与检测带来一定的不便。其次，由于现有的水路系统安装在电阻法碳化硅长晶设备的多个位置，使用修理难度进一步加大，现有的水路系统内部管道的连接方式，是通过法兰或者内外螺纹进行连接，由于水路系统使用时水流冲击力较大，带动连接处的内外路螺纹一起振动，使得内外螺纹之间发生相对旋转，最终发生分离，影响电阻法碳化硅长晶设备水冷；（3）、现有的碳化硅晶体结晶工艺再结晶时，温度与原料的加入量控制不到位，及现有温区空间和普遍梯度普遍偏小，很大的影响了晶体生长的尺寸，同时难以生产出大尺寸的碳化硅晶体，为此，我们提出一种电阻法碳化硅长晶设备。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电阻法碳化硅长晶设备，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种电阻法碳化硅长晶设备，包括支撑架，所述支撑架的内部通过螺栓固定安装有工作台，且工作台的底端外表面靠近前端位置通过合页互动安装有柜门，柜门的前端外表面通过螺栓固定安装有把手，所述支撑架的前端外表面固定安装有导线管，导线管远离支撑架的一端固定安装有控制器，所述工作台的顶端外表面靠近一侧位置焊接有罐体，罐体的内部有腔体槽，且腔体槽的内表面粘接有石墨层，所述腔体槽的内部中心处设有坩埚发生器，且坩埚发生器的内表面靠近顶端位置固定安装有生长槽与籽晶适配器，罐体的顶端外表面设有密封盖，密封盖的底端外表面中心处与坩埚发生器之间固定安装有石墨电阻加热器，所述工作台的底端外表面与罐体之间连接有调节腔体，所述工作台的底端外表面靠近调节腔体的位置通过螺栓固定安装有升降电机，所述工作台的底端设有水路系统与UPS控制箱，且UPS控制箱位于水路系统的一侧，所述工作台的顶端外表面远离罐体的一侧固定安装有电源，所述工作台的顶端外表面靠近罐体的位置设有温控监测器。
优选的，通过电源处理，使稳定的电源通过铜排连接，传导到炉腔内电阻加热器，并由电阻加热器产生恒定的稳定温区，通过电阻加热器的加热，对炉腔内的坩埚发生器加热，达到碳化硅晶体生长所需的温度，通过电阻加热器本身特质和设计，在炉腔内自然形成一个合理的梯度温区，通过提拉系统调节坩埚发生器的温区的位置，找到合适的生长晶体的温区，通过真空控制系统，保证掺杂气体进入后保持真空在稳定的压力环境，碳化硅原料在生华后沿着定向通道在籽晶上结晶，并完整长出晶体，通过温度监测实时调整炉腔内温区的生长温度，所述石墨电阻加热器包括正极接线柱与负极接线柱，所述正极接线柱与负极接线柱之间靠近底端位置固定安装有多个螺旋石墨电阻片。
优选的，所述水路系统包括防护侧板，所述防护侧板的底端外表面靠近四角位置均固定安装有支撑滑道，四个所述支撑滑道之间通过螺栓固定安装有安装板，且安装板的底端外表面固定安装有两个信息反馈处理箱，所述安装板的底端外表面靠近信息反馈处理箱的位置固定安装有进出总管，四个所述支撑滑道的外表面均通过滑轨活动安装有引导柱，且引导柱与支撑滑道之间设有多个滚轮。
优选的，所述防护侧板的底端外表面靠近一侧位置固定安装有多个连接管，且连接管的内部焊接有内管，所述内管的内部沿中心轴线方向贯穿开设有预留槽，预留槽的内表面靠近后端位置设有内螺纹，所述连接管的内表面与内管的外表面之间通过弹簧活动安装有对接销，且对接销的外表面沿中心轴线方向等间距焊接有八个防滑凸起，所述连接管的外表面两侧位置均开设有引导槽，所述对接销的外表面靠近引导槽的内表面位置焊接有连接杆，所述连接管通过预留槽内表面的内螺纹活动安装有对接管，且对接管的外表面远离连接管的一侧位置焊接有进水分水管。
优选的，所述安装板的顶端外表面靠近进水分水管的位置固定安装有进水流量调节阀与进水流量表，且进水流量调节阀位于进水流量表靠近进水分水管的一侧，所述进出总管的外表面通过螺栓固定有进水压力表，所述安装板的顶端外表面靠近进水压力表的位置固定安装有多个出水分水管，且出水分水管远离进水压力表的一端安装有出水温度表，所述出水分水管的一端安装有出水总管，且出水总管的外表面安装有出水总管温度表。
优选的，所述螺旋石墨电阻片的内部固定安装有网状电阻丝，所述正极接线柱与负极接线柱的顶端外表面相对位置固定安装有L形石墨板，L形石墨板的顶端外表面开设有螺栓槽，多个所述螺旋石墨电阻片之间等间隔分布，间隔距离为3-10mm。
优选的，所述进水分水管靠近连接管的一侧外表面开设有对接槽，所述对接管的外表面靠近连接管的一端设有外螺纹，所述内管的顶端粘接有橡胶垫，所述防护侧板的前端外表面靠近一侧位置设有导线槽与电源接口，电源接口位于电线槽的一侧，所述安装板的两侧外表面均通过螺栓固定安装有把手。
优选的，所述电源与罐体之间通过电源输出铜排连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、通过将原有的条形石墨电阻片改成螺旋石墨电阻片，在螺旋石墨电阻片通电时，既能通过螺旋石墨电阻片本身通电发热，还能够将形成螺旋磁场进一步的对内部的物质进行加热，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；
2、通过在螺旋石墨电阻片内部安装网状电阻丝，能够在螺旋石墨电阻片发生破碎时进行临时粘连；
3、调整水路系统整体的安装与摆放位置，使得水路系统整体的结构更加紧密，能够更加充分的利用空间，从而减少设备的空间；
4、在防护侧板的底端安装四个支撑滑道，将引导柱安装在电阻法碳化硅长晶设备的一侧，使得水路系统能够与电阻法碳化硅长晶设备相对滑动，方便将水路系统从电阻法碳化硅长晶设备的一侧拉出，当修理时，同时手动将水路系统向外拉，便可以对水路系统进行更换与修理；
5、对接管插入到预留槽中，之后旋转进水分水管，通过对接管与内管之间通过内外螺纹进行活动连接，对接管与内管之间的内外螺纹，使得对接管与进水分水管之间无法向两侧移动，再通过对接销对接槽中，使得对接管与进水分水管之间无法发现相对转动，能够防止对接管与内管之间的螺纹发生滑动，提高对接管与进水分水管之间连接的牢固性；
6、在每个分水管上均安装调节阀、流量表、压力表与温度表，并通过导线与控制器连接，能够实时的检测各个分水管的内部情况，并由控制器进行显示，使用者能够及时的了解装置内部的情况，便于及时的调整。
附图说明
图1为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备整体结构的示意图；
图2为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备整体的截面图；
图3为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备中水路系统结构图；
图4为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备中连接管与进水分水管的结构示意图；
图5为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备中对接销的结构图；
图6为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备中进水分水管的局部截面图；
图7为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备中水路管道布局图；
图8为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备石墨电阻加热器的结构图；
图9为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备中螺旋石墨电阻片的截面图；
图10为现有的石墨电阻加热装置的整体结构示意图；
图11为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备制备工艺流程图；
图12为本发明一种电阻法碳化硅长晶设备的操作流程图。
图中：1、支撑架；2、工作台；3、控制器；4、腔体槽；5、石墨层；6、坩埚发生器；7、生长槽与籽晶适配器；8、石墨电阻加热器；81、正极接线柱；82、负极接线柱；83、螺旋石墨电阻片；84、网状电阻丝；9、调节腔体；10、升降电机；11、水路系统；1101、防护侧板；1102、支撑滑道；1103、安装板；1104、信息反馈处理箱；1105、进出总管；1106、连接管；1107、进水分水管；1108、引导柱；1109、对接管；1110、对接销；1111、防滑凸起；1112、连接杆；1113、内管；1114、进水流量调节阀；1115、进水流量表；1116、进水压力表；1117、出水分水管；1118、出水温度表；1119、出水总管温度表；1120、出水总管；12、温控监测器；13、电源；14、UPS控制箱。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-2所示，一种电阻法碳化硅长晶设备，包括支撑架1，支撑架1的内部通过螺栓固定安装有工作台2，且工作台2的底端外表面靠近前端位置通过合页互动安装有柜门，柜门的前端外表面通过螺栓固定安装有把手，支撑架1的前端外表面固定安装有导线管，导线管远离支撑架1的一端固定安装有控制器3，工作台2的顶端外表面靠近一侧位置焊接有罐体，罐体的内部有腔体槽4，且腔体槽4的内表面粘接有石墨层5，腔体槽4的内部中心处设有坩埚发生器6，且坩埚发生器6的内表面靠近顶端位置固定安装有生长槽与籽晶适配器7，罐体的顶端外表面设有密封盖，密封盖的底端外表面中心处与坩埚发生器6之间固定安装有石墨电阻加热器8，工作台2的底端外表面与罐体之间连接有调节腔体9，工作台2的底端外表面靠近调节腔体9的位置通过螺栓固定安装有升降电机10，工作台2的底端设有水路系统11与UPS控制箱14，且UPS控制箱14位于水路系统11的一侧，工作台2的顶端外表面远离罐体的一侧固定安装有电源13，工作台2的顶端外表面靠近罐体的位置设有温控监测器12。
参照图1-2所示，石墨电阻加热器8包括正极接线柱81与负极接线柱82，正极接线柱81与负极接线柱82之间靠近底端位置固定安装有多个螺旋石墨电阻片83。
参照图1-2所示，水路系统11包括防护侧板1101，防护侧板1101的底端外表面靠近四角位置均固定安装有支撑滑道1102，四个支撑滑道1102之间通过螺栓固定安装有安装板1103，且安装板1103的底端外表面固定安装有两个信息反馈处理箱1104，安装板1103的底端外表面靠近信息反馈处理箱1104的位置固定安装有进出总管1105，四个支撑滑道1102的外表面均通过滑轨活动安装有引导柱1108，且引导柱1108与支撑滑道1102之间设有多个滚轮。
参照图1-2所示，防护侧板1101的底端外表面靠近一侧位置固定安装有多个连接管1106，且连接管1106的内部焊接有内管1113，内管1113的内部沿中心轴线方向贯穿开设有预留槽，预留槽的内表面靠近后端位置设有内螺纹，连接管1106的内表面与内管1113的外表面之间通过弹簧活动安装有对接销1110，且对接销1110的外表面沿中心轴线方向等间距焊接有八个防滑凸起1111，连接管1106的外表面两侧位置均开设有引导槽，对接销1110的外表面靠近引导槽的内表面位置焊接有连接杆1112，连接管1106通过预留槽内表面的内螺纹活动安装有对接管1109，且对接管1109的外表面远离连接管1106的一侧位置焊接有进水分水管1107。
参照图1-2所示，安装板1103的顶端外表面靠近进水分水管1107的位置固定安装有进水流量调节阀1114与进水流量表1115，且进水流量调节阀1114位于进水流量表1115靠近进水分水管1107的一侧，进出总管1105的外表面通过螺栓固定有进水压力表1116，安装板1103的顶端外表面靠近进水压力表1116的位置固定安装有多个出水分水管1117，且出水分水管1117远离进水压力表1116的一端安装有出水温度表1118，多个出水分水管1117的一端安装有出水总管1120，且出水总管1120的外表面安装有出水总管温度表1119。
参照图1-2，螺旋石墨电阻片83的内部固定安装有网状电阻丝84，正极接线柱81与负极接线柱82的顶端外表面相对位置固定安装有L形石墨板，L形石墨板的顶端外表面开设有螺栓槽，多个螺旋石墨电阻片83之间等间隔分布，间隔距离为3-10mm。
参照图1-2，进水分水管1107靠近连接管1106的一侧外表面开设有对接槽，对接管1109的外表面靠近连接管1106的一端设有外螺纹，内管1113的顶端粘接有橡胶垫，防护侧板1101的前端外表面靠近一侧位置设有导线槽与电源接口，电源接口位于电线槽的一侧，安装板1103的两侧外表面均通过螺栓固定安装有把手。
参照图1-2，电源13与罐体之间通过电源输出铜排连接。
石墨电阻加热器8使用时，先将装置整体放置到电阻法碳化硅长晶设备内部罐体中，并将从电源13引出的电源输出铜排分别与正极接线柱81和负极接线柱82连接，连接完成后，使用螺栓将装置固定在罐体顶端的密封盖上，使用时，电流经过螺旋石墨电阻片83，围绕并沿着螺旋石墨电阻片83产生涡流磁场，由于每个螺旋石墨电阻片83均为同一形状，且电流均是由螺旋石墨电阻片83的上端向下端流过，所以石墨电阻加热装置，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83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。
水路系统11使用时，先将引导柱1108安装到支撑架1的内部，并与支撑架1固定连接，之后，当需要进行修理时，通过手动拉动安装板1103两侧的把手，由于引导柱1108与支撑滑道1102之间可以相对滑动，方便将水路系统11整体拉出，之后，维修人员便可以更加直观的对水路系统11内部的各个部件进行观察与修理，连接管1106与进水分水管1107连接时，先将手动将连接杆1112向后拉，使得对接销1110收缩到连接管1106的内部，之后将对接管1109插入到内管3的预留槽中，并旋转进水分水管1107，使得对接管1109外表面的外螺纹与预留槽内表面的内螺纹进行对接，螺纹对接完成之后，手动松开连接杆1112，使得对接销1110在后端弹簧的作用下弹出，插入到进水分水管1107内部的对接槽，由于对接销1110的外表面设有防滑凸起1111，能够防止进水分水管1107与连接管1106之间相对旋转，其次，由于对接管1109与预留槽之间的内外螺纹进行对接，能够防止进水分水管1107与连接管1106之间向两侧分离，从而实现可以防止对接管1109与内管1113之间的螺纹发生滑动，提高对接管1109与进水分水管1107之间连接的牢固性，如图5所示，将水路系统11中的各个部件规则排列，同时在每个分水管外表面安装调节阀、流量表、压力表与温度表，并通过导线与控制器3连接，便于实时的检测各个分水管的内部情况，水路系统11整体的结构紧密，能够更加充分的利用空间，从而减少设备的空间。
整体使用时，包括以下步骤，（1）、容器检测；将碳化硅原料放入坩埚发生器中，并进行密封，检测密封性，检测密封性时，先对开启真空泵对坩埚发生器所在的腔体进行初次抽真空，抽真空至1×10-3Pa，控制真空泵停止，并静置20min，观察真空压强，并分为以下两种情况：
A、保持不变：通过真空泵继续对腔体进行抽真空；
B、压强变化：打开密封盖，对坩埚发生器进行重新调整后，再次进行检测密封性；
（2）、抽真空：开启指定的真空泵进行逐级抽真空，并检测真空压强，达到指定范围后，开启高阀，抽真空达到设定真空度，抽真空前，通过工艺控制系统设置抽真空度、真空泵路径与高阀路径，真空度范围为1×10-5Pa；
（3）、加热：通气后，开启石墨电阻加热器进行缓慢加热，加热至2000℃，后恒温加热2.0h；
（4）、通气：达到预定温度后，对惰性气体进行加压，并通过掺杂气体路径送入到腔体中，惰性气体以速度为0.5m3/min送入到腔体内，惰性气体为氮气或氩气，掺杂后，控制真空度保持在100Pa；
（5）、结晶：恒温加热后，处在指定位置的原料开始生华，并在指定的籽晶处结晶，在预设长晶时间后结束，缓慢升温，上拉速度为0.2mm/h，控制生长槽在合理温区内生长，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，并在长晶时控制炉腔内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；
（6）、取晶：缓慢降温后，提高腔体内部气压，打开密封盖，取出晶体。
在使用的过程中，外界电源分别对内部电源13、UPS、真空系统与水路系统11进行供电，外界电源通过内部电源13的转化与调压，使稳定的高电流低电压通过电源输出铜排，传导到炉腔内石墨电阻加热器8，通过石墨电阻加热器8的加热，对炉腔内的坩埚发生器6加热，达到碳化硅晶体生长所需的温度，同时由于石墨电阻加热器8本身特质和设计，在炉腔内自然形成一个合理的梯度温区，之后对罐体进行密封抽真空，同时开启石墨电阻加热器8，在坩埚内部结晶生成，控制器3调节真空系统与水路系统11，通过水冷系统11对腔体产生一个温度梯度，通过真空系统，保证掺杂气体进入后保持真空在稳定的压力环境，碳化硅原料在生华后沿着定向通道在籽晶上结晶，并完整长出晶体，为坩埚提供合适的真空与温度，加快结晶，通过升降电机10调节坩埚发生器6的温区的位置，找到合适的生长晶体的温区，之后通过温控监测器12时调整炉腔内温区的生长温度，使用控制器3，实时监控生长过程，根据特定时机实时调整生长工艺。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
