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PVT生长碳化硅晶体的典型升温过程:

  1. 升温前,先抽至10^-5mbar,开启加热电源和温度测控系统;
  2. 到达1350℃时,通入Ar气至800mbar,并恒压升温;
  3. 达到2100~2300℃,恒温一段时间后,降压至1-30mbar,开始晶体生长。

为什么不直接在Ar气气氛中生长,是因为SiC在Ar气中的扩散系数小;抽真空可以增加SiC的扩散速率,提高SiC晶体的生长速率。

真空系统由六部分组成:

  1. 密闭腔体:用于生长SiC;
  2. 充气系统:提供各种气体,比如H2/Ar/N2;
  3. 真空获得机构(插板阀+分子泵+真空泵1):插板阀用于分隔分子泵和腔体,保护分子泵;通过结合分子泵与真空泵,能够实现极限真空为5×10^-5Pa,工作真空为5×10^-3~8×10^-4Pa;
  4. 真空检测机构(压力计+PLC,比例阀+真空泵2);对于检测机构,检测的指标有两个:真空度(气压)、压升率(气压变化速率);针对PVT生长的特点以及成本,选用压力计+比例阀的方式是具有优势的;控制器:西门子公司的PLC S7-300(2100℃以上维持一周以上),与设备之间采用PROFIBUS通讯,选用CPU315-2 DP;
  5. 管道:气路;
  6. 阀门:控制气路,控制面板如图所示。

参考文献

2017 SiC单晶生长炉的压力控制系统设计 中电2所 周立平 电子质量


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