本发明涉及sic单晶生长炉改进,具体涉及一种sic单晶生长炉控压系统及控压方法,属于sic单晶生长。
背景技术:
1、物理气相传输法(pvt)是制备碳化硅(sic)晶体的主流方法之一。pvt法生长sic单晶,通常将sic晶体作为籽晶放置在石墨坩埚顶部,将si和c粉末作为料源放置在石墨坩埚底部,设计感应线圈进行加热,温度达到2300℃左右,并且控制生长温度梯度,同时通入氩气来控制生长室气压。在晶体生长过程中,籽晶粘贴在顶部,温度较低,底部的sic料源温度较高,两者之间存在一定的温度梯度。晶体生长过程中,料源升华成气相物质并在冷端的籽晶上结晶,就获得了sic单晶。
2、sic单晶生长环境为密闭的高纯石英腔室,在sic单晶生长过程中,腔室内石墨坩埚温度通常高达2300℃以上,腔室内不能混有空气,否则极易导致热场(石墨坩埚+保温碳毡)的氧化腐蚀甚至燃烧,即整个石英腔室需要保证具有高真空、低漏率的特性。在sic单晶生长的整个过程中均需要对整个腔室进行压力控制,且在sic单晶生长时的压力通常需要控制在10mbar以下。因此由sic工艺对于高真空的要求,油泵的抽速会比较大,但同时腔室为石英管,若抽真空或控压过程中应力过大则容易造成石英管破裂或者影响石英管使用寿命。因此,如何在满足sic单晶生长工艺需求的同时保证石英管的安全使用,对于sic单晶生长炉设备及工艺具有十分重要的意义。
3、现有技术控压气路尾气结构如图1所示,整个控压气路包括油泵2、控压阀4和蝶阀5。sic单晶生长炉系统尾气的流向为石英腔室1—蝶阀5—控压阀4—油泵2—厂务尾气处理,其中整个尾气系统抽速的调节通过调节蝶阀5开度的大小来实现,通常在常压状态开始抽气时需要将蝶阀5设置为较小的开度,然后随着腔室压力的降低再缓慢增加蝶阀5开度,以使石英腔室免受较大的应力。
4、现有技术方案存在以下不足:
5、1.抽气时需要特别注意蝶阀开度的控制。当人为控制时容易造成误操作,从而影响石英管的使用寿命。此外,若蝶阀失控也会严重影响石英管的使用寿命。
6、2.当工艺刚开始时石英腔室为大气压,即使设置较小的蝶阀开度依旧容易造成腔室晶体生长区粉料的倒吸而使得部分粉料挥散在石英腔室内,从而造成粉料的浪费,同时严重污染腔室环境。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于提供一种sic单晶生长炉控压系统及控压方法。本发明不仅能够规避人为因素或蝶阀失控等因素给石英管带来的使用风险,提高石英管的使用寿命,并且能够极大避免抽气时腔室内粉料的挥散,使得sic单晶生长过程控压及抽气更加安全、可靠。
2、本发明的技术方案是这样实现的:
3、一种sic单晶生长炉控压系统,包括石英腔室和油泵,油泵通过主管道与石英腔室连接,在主管道上设有控压阀和蝶阀,其中控压阀位于蝶阀和油泵之间;其特征在于:在主管道上设有快抽阀,快抽阀位于蝶阀和石英腔室之间;在位于蝶阀和快抽阀之间的主管道上引出一路支管道,支管道内径小于主管道内径,支管道的另一端和石英腔室连通,在支管道上设有慢抽阀;在引出支管道的主管道所在点和蝶阀之间的主管道上设有压力传感器,压力传感器的输出与控制器连接,控制器同时与快抽阀和慢抽阀连接,控制器用于根据压力传感器检测到的主管道压力控制快抽阀和慢抽阀的开闭。
4、进一步地,所述压力传感器为可根据设定压力值触发而输出高低电平信号的压力开关,压力开关为两个,根据两压力开关设定压力值的相对大小称之为高压力开关和低压力开关;高压力开关触发时,控制器关闭快抽阀,打开慢抽阀;低压力开关触发时,控制器关闭慢抽阀,打开快抽阀。
5、本发明还提出了一种sic单晶生长炉控压方法,预先获取前述的一种sic单晶生长炉控压系统并设置高压触发值p1和低压触发值p2;且p1>p2;控压时,通过压力传感器检测主管道压力,
6、当主管道压力≥p1时,通过控制器关闭快抽阀,打开慢抽阀,使用支管道进行抽气和控压;
7、当主管道压力≤p2时,通过控制器关闭慢抽阀,打开快抽阀,使用主管道进行抽气和控压;
8、当p1>主管道压力>p2时,根据工艺场景选择打开快抽阀、关闭慢抽阀或者关闭快抽阀、打开慢抽阀。
9、与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
10、1.本发明通过系统设置,在高压下能够强制关闭快抽阀,只打开慢抽阀,即只通过支管道抽气,由于支管道管径明显小于主管道,相当于作为前级保险控制了抽气的最大开度,而原来的最大开度是主管道全部打开。这样即使在人为操作蝶阀时出现误操作,也不会出现明显的压力失控,一方面可避免石英管遭受应力大的风险,从而大大提高石英管的使用寿命;另一方面可避免控压过程中粉料的挥散,避免石英腔室污染和粉料的浪费;
11、2.用户可根据工艺需求自行设置两压力开关的开关量压力大小,在工艺过程中可灵活切换快抽模式和慢抽模式,兼顾更多工艺使用需求,大大提高了整个设备尾气系统的稳定性和可控性。
1.一种sic单晶生长炉控压系统,包括石英腔室和油泵,油泵通过主管道与石英腔室连接,在主管道上设有控压阀和蝶阀,其中控压阀位于蝶阀和油泵之间;其特征在于:在主管道上设有快抽阀,快抽阀位于蝶阀和石英腔室之间;在位于蝶阀和快抽阀之间的主管道上引出一路支管道,支管道内径小于主管道内径,支管道的另一端和石英腔室连通,在支管道上设有慢抽阀;在引出支管道的主管道所在点和蝶阀之间的主管道上设有压力传感器,压力传感器的输出与控制器连接,控制器同时与快抽阀和慢抽阀连接,控制器用于根据压力传感器检测到的主管道压力控制快抽阀和慢抽阀的开闭。
2.根据权利要求1所述的一种sic单晶生长炉控压系统,其特征在于:所述压力传感器为可根据设定压力值触发而输出高低电平信号的压力开关,压力开关为两个,根据两压力开关设定压力值的相对大小称之为高压力开关和低压力开关;高压力开关触发时,控制器关闭快抽阀,打开慢抽阀;低压力开关触发时,控制器关闭慢抽阀,打开快抽阀。
3.一种sic单晶生长炉控压方法,其特征在于:预先获取权利要求1所述的一种sic单晶生长炉控压系统并设置高压触发值p1和低压触发值p2;且p1>p2;控压时,通过压力传感器检测主管道压力,
