本申請涉及晶體生長,尤其涉及一種晶體生長坩堝。
背景技術:
1、寬禁帶半導體材料例如碳化硅材料具有擊穿電場高、熱導率優異等特性,此類材料在新能源汽車、軌道交通、航空航天、5g通信、光伏發電、智能電網等領域具有廣泛應用,可顯著提升性能并降低能耗。物理氣相傳輸(pvt)法是一種工業上主流制備寬禁帶半導體晶體的方法,具體過程是:在密閉坩堝內,將半導體原料粉末在高溫下升華為氣相物質,氣相物質在溫度梯度驅動下向低溫端的籽晶表面傳輸并沉積生長,最終形成單晶晶體。
2、然而,傳統pvt法一般采用直筒結構的坩堝,所形成晶體的包裹缺陷(包括未完全升華的顆粒包裹、氣相冷凝物包裹等)是制約晶體質量與成品率的關鍵問題。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題,本申請提供了一種晶體生長坩堝,以抑制晶體中包裹缺陷的產生,提高晶體的結晶質量,進而提高晶體的成品率。
2、為實現上述目的,本申請提供了如下技術方案:
3、一種晶體生長坩堝,包括底部和環繞所述底部的環形側壁,所述環形側壁包括相連接的第一環形側壁區和第二環形側壁區,所述第一環形側壁區與所述底部連接,所述第二環形側壁區位于所述第一環形側壁區背離所述底部的一側;
4、所述底部和所述第一環形側壁區圍成的空間為原料區,所述原料區用于放置晶體原料;
5、所述第二環形側壁區圍成的空間為傳輸區,沿背離所述底部的方向,所述傳輸區在平行于所述底部的平面內的截面的面積逐漸增大。
6、可選的,所述傳輸區在平行于所述底部的平面內的截面為圓形;
7、沿背離所述底部的方向,所述第二環形側壁區的內徑逐漸增大。
8、可選的,所述傳輸區在垂直于所述底部的平面內的截面為倒梯形、碗形或者倒階梯形。
9、可選的,所述底部和所述環形側壁圍成坩堝腔體,沿背離所述底部的方向,所述坩堝腔體在平行于所述底部的平面內的截面的面積整體逐漸增大。
10、可選的,所述晶體生長坩堝還包括:位于所述傳輸區的至少一個導流板;所述導流板平行于所述底部放置,且所述導流板與所述第二環形側壁區相貼合;所述導流板具有多個導流孔。
11、可選的,至少部分所述導流板包括第一分區和環繞所述第一分區的第二分區;
12、其中,所述第一分區的所述導流孔的孔徑大于所述第二分區的所述導流孔的孔徑,和/或,所述第一分區的所述導流孔的數量多于所述第二分區的所述導流孔的數量。
13、可選的,所述導流板中,所述導流孔與所述第二環形側壁的距離的范圍為3mm-50mm,包括端點值。
14、可選的,所述傳輸區設置有一個所述導流板,該一個所述導流板與所述原料區的距離小于該一個所述導流板與所述傳輸區背離所述原料區的開口的距離。
15、可選的,所述傳輸區設置有至少兩個間隔的所述導流板;
16、沿背離所述底部的方向,各個所述導流板中,所述導流孔的平均孔徑逐漸增大,和/或,所述導流孔的數量逐漸增多。
17、可選的,所述傳輸區設置有至少兩個間隔的所述導流板,所述傳輸區被劃分為至少三個子傳輸區;
18、沿背離所述底部的方向,所述子傳輸區的高度逐漸增大。
19、與現有技術相比,上述技術方案具有以下優點:
20、本申請所提供的晶體生長坩堝包括底部和環繞底部的環形側壁,環形側壁包括相連接的第一環形側壁區和第二環形側壁區,其中,第一環形側壁區與底部連接,底部和第一環形側壁區圍成的空間為原料區,原料區用于放置晶體原料;第二環形側壁區位于第一環形側壁區背離底部的一側,第二環形側壁區圍成的空間為傳輸區;當坩堝的原料區的側壁被加熱裝置加熱時,晶體原料在高溫下升華為氣相物質,氣相物質經過傳輸區,繼而沉積在傳輸區背離原料區的開口處(即坩堝的開口處)所設置的籽晶上,形成單晶晶體,并且,由于坩堝的原料區靠近側壁的部分溫度較高,而坩堝的原料區中心區域的部分溫度相對較低,因此,坩堝的傳輸區靠近側壁的氣相物質的傳輸速率較快,而坩堝的傳輸區中心區域的氣相物質的傳輸速率相對較慢;通過設置沿背離底部的方向,坩堝的傳輸區在平行于底部的平面內的截面的面積逐漸增大,一方面使得坩堝的傳輸區靠近側壁的氣相物質傾向于沿著側壁表面向上流動,而非直接向上直線運動,從而易形成穩定的上升流,減小對坩堝的傳輸區中心區域的氣相物質的擾動,減少渦流的形成;另一方面,坩堝的傳輸區靠近原料區的部分相對窄小,氣體密度還不太高,但向上流速較快,形成核心上升流,隨著氣相物質越向上傳輸,空間越寬敞,流速相對降低,從而減少回流趨勢;再一方面,隨著氣相物質越向上傳輸,空間越寬敞,還有利于坩堝內沿側壁快速向上傳輸的氣相物質和中心區域的傳輸速度相對較慢的氣相物質充分混合,最終在籽晶表面形成更加均勻的氣流;由此,在坩堝的傳輸區形成穩定的軸向定向氣流,氣相物質在溫度梯度驅動下穩定上行,有效抑制氣相物質在坩堝內傳輸過程中的徑向混合和渦流形成,所形成的軸向氣流的溫度場和濃度場都更加穩定均勻,從而明顯降低大顆粒粉末被攜帶到籽晶表面形成包裹缺陷的概率,確保晶體均勻生長,顯著提高晶體的結晶質量,進而提高晶體的成品率。
1.一種晶體生長坩堝,其特征在于,包括底部和環繞所述底部的環形側壁,所述環形側壁包括相連接的第一環形側壁區和第二環形側壁區,所述第一環形側壁區與所述底部連接,所述第二環形側壁區位于所述第一環形側壁區背離所述底部的一側;
2.根據權利要求1所述的晶體生長坩堝,其特征在于,所述傳輸區在平行于所述底部的平面內的截面為圓形;
3.根據權利要求2所述的晶體生長坩堝,其特征在于,所述傳輸區在垂直于所述底部的平面內的截面為倒梯形、碗形或者倒階梯形。
4.根據權利要求1所述的晶體生長坩堝,其特征在于,所述底部和所述環形側壁圍成坩堝腔體,沿背離所述底部的方向,所述坩堝腔體在平行于所述底部的平面內的截面的面積整體逐漸增大。
5.根據權利要求1所述的晶體生長坩堝,其特征在于,所述晶體生長坩堝還包括:位于所述傳輸區的至少一個導流板;所述導流板平行于所述底部放置,且所述導流板與所述第二環形側壁區相貼合;所述導流板具有多個導流孔。
6.根據權利要求5所述的晶體生長坩堝,其特征在于,至少部分所述導流板包括第一分區和環繞所述第一分區的第二分區;
7.根據權利要求5所述的晶體生長坩堝,其特征在于,所述導流板中,所述導流孔與所述第二環形側壁區的距離的范圍為3mm-50mm,包括端點值。
8.根據權利要求5所述的晶體生長坩堝,其特征在于,所述傳輸區設置有一個所述導流板,該一個所述導流板與所述原料區的距離小于該一個所述導流板與所述傳輸區背離所述原料區的開口的距離。
9.根據權利要求5所述的晶體生長坩堝,其特征在于,所述傳輸區設置有至少兩個間隔的所述導流板;
10.根據權利要求5所述的晶體生長坩堝,其特征在于,所述傳輸區設置有至少兩個間隔的所述導流板,所述傳輸區被劃分為至少三個子傳輸區;