碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的代表之一。以第二代半导体材料硅(Si)为基础的硅基-氧化物半导体场效应晶体管(Si MOSFET)只能应用于1000V以下的场合,实际应用多集中在600～900V之间。当需要在高压下工作时,芯片的尺寸将成倍增加,并且切换过程的损耗和寄生电容也会随之上升。反观碳化硅器件,其优势源于材料本身的物理特性优良,可降低能量损耗,除在高压下工作稳定以外,更耐高温,同时容易实现小型化。目前,碳化硅器件的局限性来源于晶体生长技术上的瓶颈。稳定、批量的制备难以实现,这也是导致碳化硅晶片成本高居不下的根本原因。晶圆的制备是制造半导体材料上游的重要产业,在评估一家研究机构生长晶体的能力时,评价标准包含两个方面,一是获得晶锭的尺寸,如采用直拉法获得晶锭的直径和拉伸的长度、采用PVT法获得晶锭的直径和厚度等;二是获得的晶圆的缺陷度,如微管密度和较大的热应力等。本文围绕长晶炉结构设计及热场分析展开研究,在第2章阐述本文的研究对象碳化硅晶体生长技术,在分析了三种常用的碳化硅生长技术基础上,将物理气象传输法设备设计及热场分析作为本文的主要研究内容,并从材料学角度阐述了碳化硅材料晶体结构对其应用的重要性及晶体生长过程的影响;第3章根据电磁加热原理,结合传热理论,通过计算确定长晶炉热场各组件的结构参数,完成了长晶炉的结构设计,并展示了炉体的重要结构三维模型图;第4章根据第3章中热场组件的结构参数建模,利用晶体生长仿真软件Virtual Reactor得到长晶炉热场区域的温度分布情况,对长晶炉设计进行仿真验证,证明了设计的有效性及合理性,对参数进行优化设计,为长晶炉设计提供仿真指导;第5章通过所展开的碳化硅晶体生长实验,对长晶工艺过程进行实验性探索,得到了较好的结果。综上,本文的研究工作主要致力于探讨一个综合的SiC升华生长模型,作者采用的计算机模拟结合试验的研究思路,说明了所借助计算机仿真模拟软件的基本情况,对比通过多次仿真模拟后获得的结果,通过改变长晶炉热场重要结构参数对碳化硅晶体生长速率的影响趋势,优化长晶设备热场结构及参数设计,为解决试验当中遇到的困难提供参考。