一种碳化硅电阻法生长晶体的温场模拟系统
技术领域
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温场模拟系统。
背景技术
碳化硅作为碳和硅唯一稳定的化合物，热导率约为硅的4.4倍，临界击穿电场约为硅的8倍，电子的饱和漂移速度为硅的2倍。碳化硅的这些性能使其成为高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件的优选材料，可用于地面核反应堆系统的监控、原油勘探、环境监测及航空、航天、雷达、通讯系统和大功率的电子转换器及汽车马达等领域的极端环境中。目前生长碳化硅废料晶体的方法包括物理气相传输法和化学气相传输法。
目前晶体生长的加热手段一般都是对置的两块平行加热板，或者是笼式加热器，这种有空隙的加热器为引晶提供了条件，一般在高温下也能保证温场均衡，但是在退火时往往不能保证温场均衡，而这种温场的不均衡往往带来晶体退火中产生的缺陷等。
以现有技术为例，热电偶一般只有随意布置的或者平行，旋转布置的几个或十几个，但是，现有技术中没有办法把退火中温场的不能不均衡进行全面、准确地展现。
因此，需要用一种模拟方式模拟保温罩内的温场，并精细地展现各处温度是否均匀，进而帮助判断加热方式是否够用和妥善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅电阻法生长晶体的温场模拟系统，以解决现有的技术没有办法把退火过程的温场均衡与否进行全面准确地展现的问题。
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温场模拟系统，包括保温罩、加热板、测温热电偶和通孔，其特征在于：所述保温罩是俯视截面为圆形的中空圆柱体，其侧壁表面均匀分布有分别处于N个穿过保温罩中轴线的N个平面内的N列通孔，且保温罩内侧安置有俯视对称设置的偶数个矩形加热板，所述N列通孔的每一个通孔均有一个圆柱形截面的热电偶的紧密配合式插入，或者由钉子状的一个耐热构件塞入以封闭。
优选地，所述保温罩的侧壁为圆柱形。
优选地，所述N个穿过保温罩中轴线的N个平面内的N列通孔，具体是4个穿过保温罩中轴线的4个平面内的4列通孔；从俯视角看来，4列通孔分别所在的4个平面形成了有4个相邻夹角为90°的从保温罩俯视中轴点向外延伸的射线；每一列通孔的通孔数量为M；每一列通孔都配有一件一体式地使插入的热电偶保持相互平行的钨合金外套环。
优选地，所述一对矩形加热板是一整块钨合金加热板，或者是钨合金加热管纵横排列而成的加热管的矩形阵列的二者择一。
优选地，所述偶数个矩形加热板设置有四个，相邻的所述加热板之间设置有缝隙。
优选地，所述测温热电偶设置有四组，每一组测温热电偶中的每一个测温热电偶均先由外向内穿过钨合金外套环上的一个套环，再从一个通孔穿入，每一组测温热电偶的数量为L，L是小于或等于M的正整数，每一个测温热电偶的插入深度在0-50cm内可调。
优选地，每一个所述测温热电偶与一个二次仪表相连接；该二次仪表将所述测温热电偶实时测得的数值通过二次仪表阵列接口传回PC机上的温场模拟计算系统。
优选地，所述二次仪表阵列接口上具有大于最多加载的测温热电偶数量的数量的接口。
优选地，所述温场模拟计算系统能够接收并转换所有的测温热电偶的实时温度，并可以以颜色和/或数值显示的方式显示所有的测温热电偶的实时温度状态。
优选地，所述耐热构件具体是圆柱形截面的瓷制柱塞。
一种碳化硅电阻法生长晶体的温场模拟分析方法，其依据前述的一种碳化硅电阻法生长晶体的退火装置以进行，其特征在于，包括以下步骤：1)虚拟引晶起始步骤：轴对称地装设好4个矩形加热板，使其俯视均匀围绕保温罩的中心分布，将4个矩形加热板加热至在500-800℃之间的某恒定温度下，打开保温罩的上盖，从上加热板的上方开口处垂直向下伸入引晶装置的基座部分，封闭保温罩，将所述4列通孔中的至少20％拔出瓷制柱塞并塞入一个测温热电偶，将每一个实际利用的测温热电偶与一个二次仪表相连接，并通过该二次仪表将对应的测温热电偶实时测得的数值通过二次仪表阵列接口传回PC机上的温场模拟计算系统；在所述温场模拟计算系统上的3维显示界面中显示并调整前述每一个实际利用的测温热电偶在3维显示界面中的显示效果，并调整至在3维显示界面中与实际位置对应；所述二次仪表阵列接口上具有大于最多加载的测温热电偶数量的数量的接口；所述温场模拟计算系统能够接收并转换所有的测温热电偶的实时温度，并可以以颜色和/或数值显示的方式显示所有的测温热电偶的实时温度状态；将4个矩形加热板加热至1500-1800℃之间的某恒定温度下，开始虚拟的引晶过程。
2)虚拟退火准备步骤：经10-20h后，认定引晶结束，保持4个矩形加热板加热温度恒定，脱离并撤出引晶装置的基座部分，关闭保温罩的上盖，将4个矩形加热板以不少于1h的时间降温至1500℃。
3)虚拟退火步骤：将样品从1500℃开始退火，4个矩形加热板统一地以50-60℃/h的速率降温，降温至50°以下。
4)观察与分析步骤：用所述温场模拟计算系统记录步骤3中所有的实时降温数据，设置1500℃-常温为若干个颜色不同的变色区间，用不同速率不同观察角度反复回放步骤3的降温中各个测温热电偶的温度变化情况，分析可能的温场不均匀或不平衡的部位，形成分析报告。
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温场模拟系统在相邻的加热板之间的缝隙中插入四列测温热电偶，用这种方式精密地获得内部各个具体位置的温度，尤其是缝隙处这种很可能温度不够处的温度，对于模拟晶体生长过程中温度是否足够有很好的模拟作用，并且，测温热电偶插入的深度也可以调节，真正的使得一些测温盲区都暴露出来，切实地了解温场各个位置的情况，为保障晶体生长做充足准备。
附图说明
图1为本发明俯视结构示意图；
图2为本发明保护罩平铺结构示意图；
图3为本发明温度传递系统流程示意图。
图中：1、保温罩，2、加热板，3、测温热电偶，4、通孔。
具体实施方式
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。
实施例1
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种碳化硅电阻法生长晶体的温场模拟系统，包括保温罩1、加热板2、测温热电偶3和通孔4，其特征在于：所述保温罩1是俯视截面为圆形的中空圆柱体，其侧壁表面均匀分布有分别处于4个穿过保温罩中轴线的4个平面内的4列通孔4，且保温罩1内侧安置有俯视对称设置的4个矩形加热板2，所述N列通孔4的每一个通孔均有一个圆柱形截面的热电偶的紧密配合式插入，或者由钉子状的一个耐热构件塞入以封闭。
所述保温罩1的侧壁为圆柱形。
从俯视角看来，4列通孔分别所在的4个平面形成了有4个相邻夹角为90°的从保温罩1俯视中轴点向外延伸的射线；每一列通孔的通孔数量为M；每一列通孔都配有一件一体式地使插入的热电偶保持相互平行的钨合金外套环。
所述一对矩形加热板2是一整块钨合金加热板，或者是钨合金加热管纵横排列而成的加热管的矩形阵列的二者择一。
所述偶数个矩形加热板2设置有四个，相邻的所述加热板2之间设置有缝隙。
所述测温热电偶3设置有四组，每一组测温热电偶3中的每一个测温热电偶3均先由外向内穿过钨合金外套环上的一个套环，再从一个通孔穿入，每一组测温热电偶3的数量为L，L是小于或等于M的正整数，每一个测温热电偶的插入深度在0-50cm内可调。
每一个所述测温热电偶3与一个二次仪表相连接；该二次仪表将所述测温热电偶3实时测得的数值通过二次仪表阵列接口传回PC机上的温场模拟计算系统。
所述二次仪表阵列接口上具有大于最多加载的测温热电偶3数量的数量的接口。
所述温场模拟计算系统能够接收并转换所有的测温热电偶3的实时温度，并可以以颜色和/或数值显示的方式显示所有的测温热电偶3的实时温度状态。
所述耐热构件具体是圆柱形截面的瓷制柱塞。所述钉子状是指外部的塞头部分相对于柱塞体部截面积更大。
一种碳化硅电阻法生长晶体的温场模拟分析方法，其依据前述的一种碳化硅电阻法生长晶体的退火装置以进行，其特征在于，包括以下步骤：1)虚拟引晶起始步骤：轴对称地装设好4个矩形加热板2，使其俯视均匀围绕保温罩1的中心分布，将4个矩形加热板2加热至在500-800℃之间的某恒定温度下，打开保温罩1的上盖，从上加热板2的上方开口处垂直向下伸入引晶装置的基座部分，封闭保温罩1，将所述4列通孔中的至少20％拔出瓷制柱塞并塞入一个测温热电偶3，将每一个实际利用的测温热电偶3与一个二次仪表相连接，并通过该二次仪表将对应的测温热电偶3实时测得的数值通过二次仪表阵列接口传回PC机上的温场模拟计算系统；在所述温场模拟计算系统上的3维显示界面中显示并调整前述每一个实际利用的测温热电偶3在3维显示界面中的显示效果，并调整至在3维显示界面中与实际位置对应；所述二次仪表阵列接口上具有大于最多加载的测温热电偶3数量的数量的接口；所述温场模拟计算系统能够接收并转换所有的测温热电偶3的实时温度，并可以以颜色和/或数值显示的方式显示所有的测温热电偶3的实时温度状态；将4个矩形加热板2加热至1500-1800℃之间的某恒定温度下，开始虚拟的引晶过程。
2)虚拟退火准备步骤：经10-20h后，认定引晶结束，保持4个矩形加热板2加热温度恒定，脱离并撤出引晶装置的基座部分，关闭保温罩1的上盖，将4个矩形加热板2以不少于1h的时间降温至1500℃。
3)虚拟退火步骤：将样品从1500℃开始退火，4个矩形加热板2统一地以50-60℃/h的速率降温，降温至50°以下。
4)观察与分析步骤：用所述温场模拟计算系统记录步骤3中所有的实时降温数据，设置1500℃-常温为若干个颜色不同的变色区间，用不同速率不同观察角度反复回放步骤3的降温中各个测温热电偶3的温度变化情况，分析可能的温场不均匀或不平衡的部位，形成分析报告。这里可以设从1500℃到0℃约从赤橙黄绿青蓝紫排列，约200℃为一种颜色。
实施例2
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种碳化硅电阻法生长晶体的温场模拟系统，包括保温罩1、加热板2、测温热电偶3和通孔4，其特征在于：所述保温罩1是俯视截面为圆形的中空圆柱体，其侧壁表面均匀分布有分别处于6个穿过保温罩中轴线的6个平面内的6列通孔4，且保温罩1内侧安置有俯视对称设置的6个矩形加热板2，所述N列通孔4的每一个通孔均有一个圆柱形截面的热电偶的紧密配合式插入，或者由钉子状的一个耐热构件塞入以封闭。
所述保温罩1的侧壁为圆柱形。
从俯视角看来，6列通孔分别所在的6个平面形成了有6个相邻夹角为60°的从保温罩1俯视中轴点向外延伸的射线；每一列通孔的通孔数量为M；每一列通孔都配有一件一体式地使插入的热电偶保持相互平行的钨合金外套环。
所述一对矩形加热板2是一整块钨合金加热板，或者是钨合金加热管纵横排列而成的加热管的矩形阵列的二者择一。
所述偶数个矩形加热板2设置有6个，相邻的所述加热板2之间设置有缝隙。
优选地，所述测温热电偶3设置有6组，每一组测温热电偶3中的每一个测温热电偶3均先由外向内穿过钨合金外套环上的一个套环，再从一个通孔穿入，每一组测温热电偶3的数量为L，L是小于或等于M的正整数，每一个测温热电偶的插入深度在10-60cm内可调。
优选地，每一个所述测温热电偶3与一个二次仪表相连接；该二次仪表将所述测温热电偶3实时测得的数值通过二次仪表阵列接口传回PC机上的温场模拟计算系统。
优选地，所述二次仪表阵列接口上具有大于最多加载的测温热电偶3数量的数量的接口。
优选地，所述温场模拟计算系统能够接收并转换所有的测温热电偶3的实时温度，并可以以颜色和/或数值显示的方式显示所有的测温热电偶3的实时温度状态。
优选地，所述耐热构件具体是圆柱形截面的瓷制柱塞。所述钉子状是指外部的塞头部分相对于柱塞体部截面积更大。
一种碳化硅电阻法生长晶体的温场模拟分析方法，其依据前述的一种碳化硅电阻法生长晶体的退火装置以进行，其特征在于，包括以下步骤：1)虚拟引晶起始步骤：轴对称地装设好6个矩形加热板2，使其俯视均匀围绕保温罩1的中心分布，将6个矩形加热板2加热至在500-800℃之间的某恒定温度下，打开保温罩1的上盖，从上加热板2的上方开口处垂直向下伸入引晶装置的基座部分，封闭保温罩1，将所述4列通孔中的至少20％拔出瓷制柱塞并塞入一个测温热电偶3，将每一个实际利用的测温热电偶3与一个二次仪表相连接，并通过该二次仪表将对应的测温热电偶3实时测得的数值通过二次仪表阵列接口传回PC机上的温场模拟计算系统；在所述温场模拟计算系统上的3维显示界面中显示并调整前述每一个实际利用的测温热电偶3在3维显示界面中的显示效果，并调整至在3维显示界面中与实际位置对应；所述二次仪表阵列接口上具有大于最多加载的测温热电偶3数量的数量的接口；所述温场模拟计算系统能够接收并转换所有的测温热电偶3的实时温度，并可以以颜色和/或数值显示的方式显示所有的测温热电偶3的实时温度状态；将6个矩形加热板2加热至1500-1800℃之间的某恒定温度下，开始虚拟的引晶过程。
2)虚拟退火准备步骤：经10-20h后，认定引晶结束，保持6个矩形加热板2加热温度恒定，脱离并撤出引晶装置的基座部分，关闭保温罩1的上盖，将6个矩形加热板2以不少于1h的时间降温至1500℃。
3)虚拟退火步骤：将样品从1500℃开始退火，6个矩形加热板2统一地以50-60℃/h的速率降温，降温至50°以下。
4)观察与分析步骤：用所述温场模拟计算系统记录步骤3中所有的实时降温数据，设置1500℃-常温为若干个颜色不同的变色区间，用不同速率不同观察角度反复回放步骤3的降温中各个测温热电偶3的温度变化情况，分析可能的温场不均匀或不平衡的部位，形成分析报告。
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。
