碳化硅晶体生长装置和生长方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅晶体生长装置和生长方法。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶材料属于第三代宽带隙半导体材料的代表，因其具有宽禁带、高热导率、高击穿场强、高饱和漂移速度等诸多特点，在高温、高频、大功率、光电子等领域具有巨大的应用前景。

目前，制备碳化硅单晶的方法主要为物理气相传输法(PVT)，该方法通过将碳化硅粉料加热升华成气相，在晶体生长区内依靠轴向温度梯度产生的气体浓度梯度向上升华到顶部较低温度下的籽晶处并结晶进行生长。而该方法制备的碳化硅单晶中主要存在微管、包裹物、多型和位错等缺陷，这些缺陷的存在对后端器件的性能带来致命的影响。

其中，晶体中BPD(Basal Plane Dislocation，基平面位错)的产生主要是由于热应力的存在，当剪切应力超过一个临界值时，会产生基矢面的弯曲引入BPD。晶体生长过程中，不均匀的生长温度是导致碳化硅晶体内形成热应力的主要原因之一；因此对于籽晶生长面的热场调节，是制备出高质量的碳化硅单晶的重要环节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅晶体生长装置和生长方法，该生长装置和生长方法能够进行轴向和径向的温度梯度调控，进而提高碳化硅单晶质量，降低单晶内应力，还能为大直径单晶生长创造条件。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种碳化硅晶体生长装置，包括：

坩埚，具有一腔室，腔室被配置为具有相互连通的晶体生长区和原料堆放区，原料堆放区位于晶体生长区和坩埚的底壁之间；以及，

保温机构，套设于坩埚的外部，且沿坩埚的周向围绕晶体生长区设置，保温机构可向靠近坩埚的底壁的方向移动。

在可选的实施方式中，还包括发热筒，发热筒套设于坩埚的外部，且发热筒沿坩埚的周向围绕晶体生长区设置，发热筒和坩埚之间形成容纳腔，保温机构设置于容纳腔内，发热筒用于给晶体生长区供热。

在可选的实施方式中，保温机构包括保温组件和压环组件，保温组件和压环组件均套设于坩埚的外部，且位于容纳腔内，压环组件设置于保温组件远离坩埚的底壁的一侧，且压环组件被配置为可带动保温组件向靠近坩埚的底壁的方向移动。

在可选的实施方式中，保温组件包括依次套设于坩埚外部的多个软毡环；软毡环的内壁与坩埚的外壁贴合，且软毡环的外壁与发热筒的内壁贴合。

在可选的实施方式中，软毡环的内周和/或外周设置有开口，当软毡环在压环组件的带动下向靠近坩埚的底壁的方向移动时，开口可扩张。

在可选的实施方式中，软毡环的内周和外周均设置多个开口，且软毡环的内周设置的多个开口均匀分布，软毡环的外周设置的多个开口均匀分布，软毡环的内周的开口与软毡环的外周的开口错开排布；

软毡环的厚度D1为5-10mm。

在可选的实施方式中，压环组件包括压环和连接于压环的牵引绳，压环抵持于保温组件远离坩埚的底壁的一侧，牵引绳被配置为能在外力的作用下带动压环按压保温组件，以使保温组件能向靠近坩埚的底壁的方向移动；

发热筒上设置有贯穿发热筒的侧壁的第一开口，牵引绳穿设于第一开口。

在可选的实施方式中，碳化硅晶体生长装置还包括驱动机构，牵引绳远离压环的一端与驱动机构传动连接，驱动机构用于驱动牵引绳带动压环向靠近坩埚的底壁的方向移动。

在可选的实施方式中，碳化硅晶体生长装置还包括控制器，控制器与驱动机构连接，控制器被配置为控制驱动机构驱动牵引绳带动压环向靠近坩埚的底壁的方向移动，并使从原料堆放区指向晶体生长区的方向数的第二个软毡环始终与碳化硅晶体的生长面相对；或者，

控制器被配置为控制驱动机构驱动牵引绳带动压环向靠近坩埚的底壁的方向移动，以使压环驱动保温组件与碳化硅晶体的生长面的相对位置在坩埚的轴向上保持不变。

在可选的实施方式中，坩埚和发热筒的制备材料均为石墨。

在可选的实施方式中，坩埚包括第一坩埚体、第二坩埚体和坩埚盖，第一坩埚体为底端封闭且顶端开口的筒状结构，第二坩埚体为顶端和底端均开口的筒状结构，第二坩埚体的底端与第一坩埚体的顶端连接，坩埚盖与第二坩埚体的顶端连接，第一坩埚体、第二坩埚体及坩埚盖围合形成腔室，原料堆放区位于晶体生长区和第一坩埚体的底端的端面之间；

第二坩埚体的内径由靠近第一坩埚体的一端向远离第一坩埚体的一端逐渐减小；

发热筒套设于第二坩埚体的外部，发热筒和第二坩埚体的周向侧壁之间形成容纳腔。

在可选的实施方式中，第一坩埚体的顶端设置有台阶部，发热筒的底部设置于台阶部上，且第一开口设置于发热筒的底部。

在可选的实施方式中，碳化硅晶体生长装置还包括保温套；保温套套设于第一坩埚体和发热筒的外部；

保温套上设置有第二开口，牵引绳穿过第一开口后从第二开口穿出；

碳化硅晶体生长装置还包括保温盖，保温盖设置于保温套的顶端，且覆盖于坩埚盖背离第一坩埚体的一侧。

在可选的实施方式中，发热筒包括第一子发热筒和第二子发热筒，第一子发热筒具有远离第二子发热筒的第一端和靠近第二子发热筒的第二端，第一子发热筒的第二端与第二子发热筒连接，第一子发热筒的第一端设置于第一坩埚体的顶端；

第一子发热筒的厚度D2小于第二子发热筒的厚度D3。

在可选的实施方式中，第一子发热筒的外壁与第二子发热筒的外壁共面设置；

第二子发热筒的厚度为8-12mm，第一子发热筒的厚度为3-7mm；

第二子发热筒的高度H1为45-65mm；

坩埚盖的厚度D4和设置于坩埚盖的籽晶的厚度D5的总和D总被配置为13-17mm；

坩埚盖嵌设于第二坩埚体的顶端；第二坩埚体的顶端的端面、第二子发热筒远离第一子发热筒的一端的端面以及坩埚盖背离第一坩埚体的外表面三者平齐。

在可选的实施方式中，碳化硅晶体生长装置还包括第一感应线圈组件和第二感应线圈组件，第一感应线圈组件分布于第一坩埚体的外周，第二感应线圈组件分布于第二坩埚体的外周；第一感应线圈组件和第二感应线圈组件被配置为各自独立控制。

第二方面，本发明提供一种碳化硅晶体生长装置，包括：

坩埚，具有一腔室，腔室被配置为具有相互连通的晶体生长区和原料堆放区，原料堆放区位于晶体生长区和坩埚的底壁之间；以及，

发热筒，发热筒套设于坩埚的外部，且发热筒沿坩埚的周向围绕晶体生长区设置，发热筒为石墨筒。

第三方面，本发明提供一种碳化硅单晶的生长方法，包括：

提供一碳化硅晶体生长装置，碳化硅晶体生长装置包括坩埚和保温机构，坩埚具有一腔室，腔室被配置为具有相互连通的晶体生长区和原料堆放区，原料堆放区位于晶体生长区和坩埚的底壁之间；保温机构套设于坩埚的外部，且沿坩埚的周向围绕晶体生长区设置，保温机构可向靠近坩埚的底壁的方向移动；

在原料堆放区内放置碳化硅原料；

在坩埚的顶壁设置籽晶，并使位于初始位置的保温机构围绕在籽晶的外周；

在碳化硅晶体生长的过程中，驱动保温机构向坩埚的底壁的方向移动，以使保温机构始终围绕在碳化硅晶体的生长面的外周。

本发明实施例的碳化硅晶体生长装置的有益效果包括：本发明实施例提供的碳化硅晶体生长装置在坩埚的外部设置保温机构，其中，坩埚具有一腔室，腔室被配置为具有相互连通的晶体生长区和原料堆放区，原料堆放区位于晶体生长区和坩埚的底壁之间；沿坩埚的周向围绕晶体生长区设置，保温机构可向靠近坩埚的底壁的方向移动。由于保温机构可向靠近坩埚的底壁的方向移动，故可在生长碳化硅单晶的过程中，随碳化硅单晶的厚度的增加而移动保温机构，以使保温机构能够外绕在碳化硅单晶的生长面的外周，保证碳化硅单晶的生长面处的温场不发生大变化，保持稳定的轴向和径向温梯，降低单晶内应力，提高碳化硅单晶的生长质量。

本发明实施例的碳化硅晶体生长装置的有益效果包括：将发热筒设置于晶体生长区的外周，使得籽晶处的导热更均匀，保证了籽晶表面的温度均匀性，避免相关技术中依靠坩埚的埚壁发热，随后通过热传导方式将热量传到坩埚盖上，而导致的籽晶表面温场不均匀，产生形貌异常和晶体应力不均情况。

本发明实施例的碳化硅单晶的生长方法的有益效果包括：本发明实施例提供的碳化硅单晶的生长方法用前述的碳化硅晶体生长装置生长碳化硅单晶，其包括前述生长装置的全部有益效果，例如：在生长碳化硅单晶的过程中，随碳化硅单晶的厚度的增加而移动保温机构，以使保温机构能够外绕在碳化硅单晶的生长面的外周，并保证碳化硅单晶的生长面处的温场不发生大变化，保持稳定的轴向和径向温梯，降低单晶内应力，提高碳化硅单晶的生长质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中碳化硅晶体生长装置的剖视图；

图2为本发明实施例中碳化硅晶体生长装置的局部结构示意图；

图3为图2中A-A方向的剖视图；

图4为本发明实施例中开口未扩张时，软毡环的结构示意图；

图5为本发明实施例中开口扩张时，软毡环的结构示意图；

图6为本发明实施例中压环的结构示意图；

图7为本发明实施例中发热筒的结构示意图；

图8为本发明实施例中碳化硅单晶生长初期时，碳化硅晶体生长装置的局部结构剖视图；

图9为本发明实施例中碳化硅单晶生长到一定厚度时，碳化硅晶体生长装置的局部结构；

图10为本发明实施例中发热筒的剖视图。

图标：010-碳化硅晶体生长装置；100-坩埚；101-第一坩埚体；102-原料堆放区；103-台阶部；110-第二坩埚体；111-晶体生长区；112-第二坩埚体本体；113-延伸筒；120-坩埚盖；130-籽晶；140-发热筒；141-第一开口；142-第一子发热筒；143-第二子发热筒；150-容纳腔；160-石英管；170-保温套；171-第二开口；172-保温盖；200-保温机构；210-保温组件；211-软毡环；212-开口；220-压环组件；221-压环；222-通孔；223-牵引绳；310-第一感应线圈组件；320-第二感应线圈组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1，本实施例提供一种碳化硅晶体生长装置010包括坩埚100和保温机构200，坩埚100具有一腔室，腔室被配置为具有相互连通的晶体生长区111和原料堆放区102，原料堆放区102位于晶体生长区111和坩埚100的底壁之间；保温机构200套设于坩埚100的外部，且沿坩埚100的周向围绕晶体生长区111设置，保温机构200可向靠近坩埚100的底壁的方向移动。

由于保温机构200可向靠近坩埚100的底壁的方向移动，故可在生长碳化硅单晶的过程中，随碳化硅单晶的厚度的增加而移动保温机构200，以使保温机构200能够外绕在碳化硅单晶的生长面的外周，并保证碳化硅单晶的生长面处的温场不发生大变化，保持稳定的轴向和径向温梯，降低单晶内应力，提高碳化硅单晶的生长质量。

进一步地，坩埚100包括第一坩埚体101、第二坩埚体110和坩埚盖120，第一坩埚体101为底端封闭且顶端开口的筒状结构，第二坩埚体110为顶端和底端均开口的筒状结构，第二坩埚体110的底端与第一坩埚体101的顶端连接，坩埚盖120与第二坩埚体110的顶端连接，坩埚盖120用于设置籽晶130；第一坩埚体101、第二坩埚体110及坩埚盖120围合形成腔室，第二坩埚体110设置有晶体生长区111，原料堆放区102位于晶体生长区111和第一坩埚体101的底端的端面之间。

本实施例的碳化硅晶体生长装置还包括发热筒140，发热筒140套设于坩埚100的外部，且发热筒140沿坩埚100的周向围绕晶体生长区111设置，发热筒140和坩埚100之间形成容纳腔150，具体地，发热筒140套设于第二坩埚体110的外部，且发热筒140和第二坩埚体110的周向侧壁之间形成容纳腔150；发热筒140用于给晶体生长区111供热；保温机构设置于容纳腔150内，具体地，保温机构200套设于第二坩埚体110的外部，且位于容纳腔150内，保温机构200能向靠近第一坩埚体101的底壁的方向移动。

碳化硅晶体生长装置010的发热筒140在发热时，以热辐射的形式向坩埚盖120以及设置于坩埚盖120的籽晶130传递热量，有利于提高热传导的均匀性，保证籽晶130表面的温度均匀性，改善因籽晶130表面温场不均匀而产生形貌异常和晶体应力不均匀的问题；而且，保温机构200同时具备传热和保温的作用，保温机构200和发热筒140共同协同作用，可以对籽晶130生长面的轴向和径向的温度梯度进行精密控制，提高碳化硅单晶质量，降低单晶内应力，还能为大直径单晶生长创造条件；与此同时，保温机构200还被配置为能够向靠近第一坩埚体101的方向移动，即可在生长碳化硅单晶的过程中，随碳化硅单晶的厚度的增加而移动保温机构200，以使保温机构200能够外绕在碳化硅单晶的生长面的外周，并保证碳化硅单晶的生长面处的温场不发生大变化，保持稳定的轴向和径向温梯，降低单晶内应力，提高碳化硅单晶的生长质量。

进一步地，第一坩埚体101为圆筒状；第二坩埚体110为圆台状，即第二坩埚体110的内径从靠近第一坩埚体101的一端至远离第一坩埚体101的一端逐渐减小；具体地，第二坩埚体110的内径和外径均从靠近第一坩埚体101的一端至远离第一坩埚体101的一端逐渐减小。将第二坩埚体110设置成上小下大的圆台状，一方面能够在晶体生长的过程中，对SiC气氛的输送进行物流导流，使得SiC有效地在籽晶130表面进行沉积生长；另一方面利用第二坩埚体110倾斜的内壁使晶体在生长过程中进行直径的有效扩大，有利于获得大直径的碳化硅晶体；还有一方面第二坩埚体110倾斜的外壁便于与发热筒140之间形成容纳腔150，有利于保温机构200在容纳腔150内向靠近第一坩埚体101的方向移动。

可选地，请参照图2和图3，第二坩埚体110包括相互同轴连接的第二坩埚体本体112和延伸筒113，第二坩埚体本体112远离延伸筒113的一端与第一坩埚体101同轴连接，第二坩埚体本体112的内径和外径均从靠近第一坩埚体101的一端至远离第一坩埚体101的一端逐渐减小，延伸筒113的内径和外径分别与第二坩埚体本体112远离第一坩埚体101的一端的内径和外径等径；坩埚盖120设置于延伸筒113内，以使坩埚盖120位于晶体生长区111内。

请继续参照图2和图3，坩埚100和发热筒140的制备材料均为石墨；碳化硅晶体生长装置010还包括长晶炉，坩埚100可拆卸地装配于长晶炉内；长晶炉包括第一感应线圈组件310和第二感应线圈组件320，第一感应线圈组件310分布于第一坩埚体101的外周，第二感应线圈组件320分布于第二坩埚体110的外周；第一感应线圈组件310和第二感应线圈组件320被配置为各自独立控制。

长晶炉在通电后，第一感应线圈组件310和第二感应线圈组件320均能在中频交变电流作用下，周围产生交变磁场；交变磁场的电磁感应作用使置于第一感应线圈组件310和第二感应线圈组件320中的石墨坩埚100和石墨发热筒140产生封闭的感应电流即涡流，但这种感应电流在石墨坩埚100的分布是不均匀的，最大电流密度出现在表面，而往心部以指数函数衰减，这也被称为集肤效应，在集肤效应的影响下，石墨坩埚100表面以及石墨发热筒140表面在涡流作用下首先将电能转化为热能被迅速加热，坩埚100表层和发热筒140表层温度急剧升高，随后向坩埚100内部和发热筒140内部传导。第一感应线圈组件310和第二感应线圈组件320被配置为各自独立控制，可以分别对坩埚100下部盛装碳化硅原料的第一坩埚体101和坩埚100上部生长碳化硅晶体的第二坩埚体110单独设置参数进行加热，以使坩埚100下部盛装碳化硅原料的第一坩埚体101和坩埚100上部生长碳化硅晶体的第二坩埚体110都能在涡流作用下被迅速加热，随后通过热传导方式将热量传递到内部，保证了单晶生长过程所需的稳定热场，实现了晶体高质量生长，还能使晶体向更大直径方向生长；而且，通过第二感应线圈组件320使发热筒140以热辐射的方式将热量传递至第二坩埚体110，还可以确保碳化硅晶体生长面的温度均匀性，改善因碳化硅晶体生长面温场不均匀，产生形貌异常和晶体应力不均的问题。

可选地，长晶炉内还设置有石英管160，且石英管160的结构和设置位置等均与相关技术类似，在此不再赘述。

请参照图1和图3，本实施例的保温机构200包括保温组件210和压环组件220，保温组件210和压环组件220均套设于坩埚100的外部，且位于容纳腔150内，压环组件220设置于保温组件210远离坩埚100的底壁的一侧，且压环组件220被配置为可带动保温组件210向靠近坩埚100的底壁的方向移动；具体地，保温组件210和压环组件220均套设于第二坩埚体110的外部，且位于容纳腔150内，压环组件220设置于保温组件210背离第一坩埚体101的一侧，且压环组件220被配置为能带动保温组件210同步向靠近第一坩埚体101的底壁的方向移动。保温组件210具有传热和保温的双重作用，能够与发热筒140协同配合，提高轴向和径向的温度梯度的稳定性，进而保证碳化硅单晶生长的质量，降低单晶内应力。

进一步地，保温组件210包括依次套设于坩埚100外部的多个软毡环211；软毡环211的内壁与坩埚100的外壁贴合，且软毡环211的外壁与发热筒140的内壁贴合；具体地，保温组件210包括依次套设于第二坩埚体110外部的多个软毡环211；软毡环211的内壁与第二坩埚体110的外壁贴合，且软毡环211的外壁与发热筒140的内壁贴合。通过配置不同数量的软毡环211，以适用于设置于坩埚盖120的不同厚度的籽晶130，即便于在碳化硅单晶的生长初期，通过配置不同数量的软毡环211，使得籽晶130大致位于多个软毡环211的中部，以对籽晶130可靠地保温。

软毡环211的具体数量可以根据需要选择；本实施例的保温组件210包括4个依次套设于第二坩埚体110外部的软毡环211，且4个软毡环211依次层叠分布。

当然，在其他实施例中，软毡环211的数量还可以是2个、3个、5个等，在此不作具体限定。

可选地，在碳化硅单晶生长开始生长的初期，保温机构200位于初始位置时，设置于坩埚盖120的籽晶130与从上至下数第二个软毡环211对应分布。

当然，在其他实施例中，在碳化硅单晶生长开始生长的初期，保温机构200位于初始位置时，设置于坩埚盖120的籽晶130与从上至下数第一个、第三个或第四个软毡环211对应分布。

可选地，软毡环211的厚度D1为5-10mm，例如：5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等，在此不作具体限定。

应当理解，在一些实施方式中，软毡环211的厚度还可以大于10mm，且可以仅设置一个软毡环211。

可选地，籽晶130的厚度可以为0.5-1.5mm，例如：0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm、1.5mm等，在此不作具体限定。

为了使软毡环211能够顺利地向靠近第一坩埚体101的方向移动，即为了保证软毡环211能从第二坩埚体110的小径端移动至大径端；请参照图1、图4和图5，软毡环211的内周和外周均设置有开口212，当软毡环211在压环组件220的带动下向靠近坩埚100的底壁的方向移动时，开口212可扩张，即当软毡环211在压环组件220的带动下向靠近第一坩埚体101的方向移动时，开口212能扩张。如此设置，即可在软毡环211向靠近第一坩埚体101的方向移动时，利用外径逐渐增大的第二坩埚体110将开口212撑开，以保证软毡环211能够顺利地向靠近第一坩埚体101的方向移动；更重要的是，在软毡环211上设置开口212，有利于软毡软从第二坩埚体110的小径端移动至大径端时，将软毡环211的变形量控制在最小，保证了软毡环211包裹在第二坩埚体110外部的保温性，保证晶体高质量的生长。

软毡环211的内周和外周设置的开口212数量可以根据需要选择；本实施例中，软毡环211的内周和外周均设置有12个开口212，且内周设置的两个相邻的开口212间隔的夹角为30°，外周设置的两个相邻的开口212间隔的夹角为30°，即软毡环211的内周设置的多个开口212均匀分布，软毡环211的外周设置的多个开口212均匀分布，且设置于内周的开口212与设置于外周的开口212错位分布。如此设置，一方面保证软毡环211能够顺利地从第二坩埚体110的小径端滑动至大径端，另一方面避免内周开设的开口212与外周开设的开口212相对分布，而导致软毡环211容易从开口212处发生断裂的问题。

应当理解，在其他实施例中，软毡环211的内周和外周设置的开口212的数量还可以是1个、3个、5个、7个、9个、15个等，在此不作具体限定。或者，在其他实施例中，可以仅在软毡环211的内周和外周两者中的一者设置开口212。

请参照图1和图6，本实施例中，压环组件220包括压环221和连接于压环221的牵引绳223，压环221抵持于保温组件210远离坩埚100的底壁的一侧，牵引绳223被配置为能在外力的作用下带动压环221按压保温组件210，以使保温组件210能向靠近坩埚100的底壁的方向移动；具体地，压环221抵持于保温组件210背离第一坩埚体101的一侧，牵引绳223被配置为能在外力的作用下带动压环221按压保温组件210，以使保温组件210能向靠近第一坩埚体101的方向移动。通过牵引绳223带动压环221移动，以利用压环221驱动保温组件210同步移动，不仅保证了简单的结构，还能保证晶体生长时的稳定温控。

可选地，压环221设置有通孔222，牵引绳223穿设于通孔222，并绑扎于压环221。

可选地，牵引绳223可以为石墨绳，也可以为其他材质的牵引绳。

进一步地，发热筒140上设置有贯穿发热筒的侧壁的第一开口141，牵引绳223穿设于第一开口141；具体地，牵引绳223从软毡环211的外侧或内侧穿过后，再穿设于第一开口141。如此设置，能够使牵引绳223从容纳腔150穿出，便于施加外力于牵引绳223，以可靠地使压环221和保温机构200向靠近第一坩埚体101的反向移动。

再进一步地，第一坩埚体101的顶端设置有台阶部103，发热筒140的底部设置于台阶部103上，且第一开口141设置于发热筒140的底部。如此设置，一方面保证了发热筒140设置于第一坩埚体101的易操作性，另一方面保证驱动牵引绳223带动压环221和保温机构200向靠近原料放置区移动时，不会与发热筒140相互干涉，进而保证了温度梯度的精准、稳定控制。

请参照图1和图7，本实施例的碳化硅晶体生长装置010还包括保温套170，保温套170套设于第一坩埚体101的外部，且沿第一坩埚体101的轴向延伸至发热筒140的外部，即保温套170套设于第一坩埚体101和发热筒140的外部；保温套170设置有第二开口171，牵引绳223穿过第一开口141后从第二开口171穿出。

进一步地，碳化硅晶体生长装置010还包括保温盖172，保温盖172设置于保温套170的顶端，且覆盖于坩埚盖120背离第一坩埚体101的一侧。

通过保温套170和保温盖172的设置能够保证更加稳定的温控；在保温套170设置用于穿出牵引绳223的第二开口171，能够避免保温套170的设置干涉利用牵引绳223驱动压环221。

可选地，坩埚100的底壁也设置有保温用的保温层，例如：软毡等，以提高保温效果。

本实施例的碳化硅晶体生长装置010还包括驱动机构，牵引绳223远离压环221的一端与驱动机构传动连接，驱动机构用于驱动牵引绳223带动压环221向靠近坩埚100的底壁的方向移动，具体地，驱动机构用于驱动牵引绳223带动压环221向靠近第一坩埚体101的方向移动。利用驱动机构驱动牵引绳223，有利于实现自动化的控制。

可选地，驱动机构包括电机，牵引绳223与电机的输出轴传动连接，当电机的输出轴转动时，牵引绳223可以缠绕于电机的输出轴上，以利用牵引绳223带动压环221和保温组件210同步向靠近第一坩埚体101的方向移动。

应当理解，在一些实施方式中，电机的输出轴固定连接有绕线器，牵引绳223远离压环221的一端与绕线器连接，当电机的输出轴转动时，能够使牵引绳223缠绕于绕线器，以使牵引绳223带动压环221和保温组件210同步向靠近第一坩埚体101的方向移动。

可选地，长晶炉还包括设置于石英管160下端的法兰，电机安装于法兰。

可选地，碳化硅晶体生长装置还包括控制器，控制器与驱动机构连接，控制器被配置为控制驱动机构驱动牵引绳223带动压环221向靠近坩埚100的底壁的方向移动，并使从原料堆放区102指向晶体生长区111的方向数的第二个或第三个软毡环211始终与碳化硅晶体的生长面相对或齐平。或者，可选地，控制器被配置为控制驱动机构驱动牵引绳223带动压环221向靠近坩埚100的底壁的方向移动，以使压环221驱动保温组件210与碳化硅晶体的生长面的相对位置在坩埚的轴向上保持不变。

这样一来，保温机构200始终能够外绕在碳化硅晶体的生长面的外周，即使晶体在生长过程中其生长面始终大致对应在保温组件210的中心附近，以保证碳化硅晶体的生长面处的温场不发生大变化，保持稳定的轴向和径向温梯，降低单晶内应力，提高碳化硅晶体的生长质量。

请参照图1和图10，本实施例的发热筒140包括相互连接的第一子发热筒142和第二子发热筒143，第一子发热筒142具有远离第二子发热筒143的第一端和靠近第二子发热筒143的第二端，第一子发热筒142的第二端与第二子发热筒连接，第一子发热筒142的第一端设置于第一坩埚体101的顶端；第一子发热筒142的厚度D2小于第二子发热筒143的厚度D3；上述厚度均指沿发热筒140的径向的厚度尺寸。将发热筒140设置成上厚下薄的结构，上部厚的部分，即第一子发热筒142，对应整个籽晶130面和晶体生长空间，以此进一步弱化生长过程中磁感线作用的不均匀性，协同保温机构200一并，对籽晶130生长面的轴向和径向温梯进行精密控制，保证高质量的晶体生长。

考虑到碳化硅单晶生长速度一般为90～150μm/h，且目标厚度一般为50mm，配置第二子发热筒143的厚度为8-12mm，例如：8mm、9mm、10mm、11mm、12mm等，第二子发热筒143的高度H1为45-65mm，例如：45mm、47mm、50mm、52mm、55mm、57mm、60mm、62mm、65mm等；第一子发热筒142的厚度为3-7mm，例如：3mm、4mm、5mm、6mm、7mm等；坩埚盖120的厚度D4和设置于坩埚盖120的籽晶130的厚度D5的总和D总被配置为13-17mm，例如：13mm、14mm、15mm、16mm、17mm等。如此设置，能够保证晶体生长空间内温度的均匀分布，例如：配置较厚的坩埚盖120以保证籽晶130背面均匀的温度分布，以利用晶体生长的均匀性。

可选地，第一子发热筒142的外壁与第二子发热筒143的外壁共面设置。

可选地，坩埚盖120嵌设于第二坩埚体110的顶端；第二坩埚体110的顶端的端面、第二子发热筒143远离第一子发热筒142的一端的端面以及坩埚盖120背离第一坩埚体101的外表面三者平齐。如此设置，能够提高保温性，进而保证晶体的高质量生长。

请参照图1、图8和图9，本发明还提供一种用碳化硅晶体生长装置010生长碳化硅单晶的方法，其包括：在原料堆放区102内填充碳化硅原料；在坩埚100的顶壁设置籽晶130，具体地，在坩埚盖120朝向晶体生长区111的一侧设置籽晶130，并使位于初始位置的保温机构200围绕在籽晶130的外周；使坩埚100和发热筒140发热，并使碳化硅原料升华、并在籽晶130的表面生长碳化硅单晶；随着碳化硅单晶的厚度逐渐增加，向靠近第一坩埚体101的方向移动保温机构200，以使保温机构200始终围绕在碳化硅单晶的生长面的外周，即在碳化硅晶体生长的过程中，驱动保温机构200向坩埚100的底壁的方向移动，以使保温机构200始终围绕在碳化硅晶体的生长面的外周。

随着长晶时间增加，碳化硅粉料逐渐升华到籽晶130面进行生长，晶体的厚度不断增加，即籽晶130面沿着坩埚100的轴向不断下降，为了保证籽晶130面在生长的过程中拥有一个可控的径向温梯，本发明的生长方法在生长碳化硅单晶的过程中，随碳化硅单晶的厚度的增加而向靠近第一坩埚体101的方向移动保温机构200，以使保温机构200始终能够外绕在碳化硅单晶的生长面的外周，即使晶体在生长过程中其生长面始终大致对应在保温组件210的中心附近，以保证碳化硅单晶的生长面处的温场不发生大变化，保持稳定的轴向和径向温梯，降低单晶内应力，提高碳化硅单晶的生长质量。

可选地，原料堆放区102内填充的碳化硅原料为高纯粉料，用量可以是5-10kg(例如：5kg、7kg、10kg等)；碳化硅粉料装入原料堆放区102的高度控制在50-70mm(例如：50mm、55mm、60mm、65mm、70mm等)，并且需要在装料过程中，对粉料进行压实，确保粉料具有一定的振实密度，在坩埚100搬运过程中不会发生倾斜。

将装完粉料的坩埚100拉入洁净度较高的组装间，洁净度要求须达到十万级以上，确保籽晶130表面及组装后坩埚100腔体内灰尘等杂质量处于可控范围，保证装炉生长后的工艺稳定。其中，先将设置有籽晶130的坩埚盖120装配于坩埚100，再依次设置软毡环211，再将压环221放置于最上层的软毡环211上，并使牵引绳223自然下垂；再将发热筒140套设在软毡环211的外侧，并使牵引绳223穿出第一开口141，之后再将保温套170设置于坩埚100和发热筒140的外侧，并使牵引绳223穿过第二开口171，并与驱动机构传动连接；再装配保温盖172于坩埚盖120的顶部；最后将上述装配好的装置整体放置长晶炉中，以在第一感应线圈组件310和第二感应线圈组件320的单独控制下进行单晶生长。

需要说明的是，在单晶生长时，第一感应线圈组件310和第二感应线圈组件320相应的功率和加热温度，可以参照相关技术，在此不作具体限定。

综上所述，本发明的碳化硅晶体生长装置010和碳化硅单晶的生长方法，能够进行精准的轴向和径向的温度梯度调控，进而提高碳化硅单晶质量，降低单晶内应力，还能为大直径单晶生长创造条件。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。