石英坩埚知识整理总结

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1、石英坩埚知识整理总结一：石英坩埚的历史和现状1.早期石英坩埚14@"o'd)J$B  f早期的石英坩埚是全部透明的，最早期的石英坩埚是全部的透明的结构，这种透明的结构却容易引起导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的困难度。所以这种坩埚基本被淘汰使用。2.现代的石英坩埚5d!t.q6V1V%h4_1s,p,L"P  g现代拉单晶的石英坩埚一般是采用电弧法生产，半透明状，是拉制大直径单晶硅，发展大规模集成电路必不可少的基础材料1C4q:Y+A2U:v.N7e1i.G1K现代的石英坩埚则存在二种结构，外侧是一层具有高气泡密

2、度的区域，称为气泡复合层，内侧则是一层3~5mm的透明层，称之为气泡空乏层。气泡复合层的目的是在与均匀的辐射有加热器所提供的辐射热源。气泡空乏层的目的在于降低与溶液接触区域的气泡密度，而改善单晶生长的成功率及晶棒品质。二：国内石英坩埚的情况分析$e0m1i2S8H1P7G国内石英坩埚厂家有：锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔、宁波宝斯达、余姚通达、杭州大和等。*_-z  J+i'a,G锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔,他们的工艺采用真空熔融法，外几家采用的是涂层法，即在坩埚内壁用精细石英砂喷涂到坩埚表面大约1~2mm左右

3、。涂的不均匀，这就会造成在单晶生长过程中内壁脱落导致单晶生长失败。!S.X)q.~9F"q3o3C:H*F宁波宝斯达有一种涂钡锅，可应用到太阳能单晶用坩埚上。涂钡工艺也可用人工进行，但是人工涂钡的缺点在于在涂钡的同时引进多余的杂质且人工喷涂不均匀，使得在开始拉晶的时候由于杂质过多或者单晶生长过程中内壁脱落，造成放肩时断线，需提杂后才能进行继续拉晶。0e)V0R  F$C4W:L注：涂钡工艺的原理：$T)~,R2t$Y$s这是因为钡在硅中的平衡偏析系数非常小，使得他在硅晶棒中的浓度小于2.5x10（-9）/cm3，因而不

4、会影响到晶棒的品质。通常的做法是将石英坩埚壁涂上一层含有结晶水的氢氧化钡（Ba(OH)2.8H2O）（饱和的氢氧化钡水溶液）。这层氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡。而当这种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡，随着氧化钡与石英坩埚反应形成硅酸钡（BaSiO3）。由于硅酸钡的存在，使得石英坩埚壁上形成一层致密微小的方石英结晶。这种微小的方石英结晶很难被溶液渗入而剥落，即使剥落也很快被溶液溶解掉，，因此可以大幅度的改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率。另外在石英坩埚外壁形成一层方石英结晶的好处，是它可以

5、增加石英坩埚的强度，减少高温软化现象。三：石英坩埚在拉单晶中出现的现象及其分析1．石英坩埚使用后壁上出现棕色小圈[/url]现象：在锅壁上出现棕色小圈。解释：石英坩埚本身是非晶质，石英坩埚本身是非晶质的介态能，在适当的条件下他会发生相变化而形成稳定的方石英结晶态。方石英结晶态的形成包括成核与成长二个阶段，成核通常发生在石英坩埚壁上的结构缺陷或杂质（特别是一些碱性金属或重金属）。初期的方石英结晶为球状，进一步的成长则是沿着坩埚壁成树枝状往侧向发展，这是因为石英坩埚与溶液的反应时的垂直方向的成长受到抑制之故。在方石英结晶与

6、非晶质石英坩埚壁之间通常夹杂着一层硅溶液，而在方石英结晶的边缘，通常覆盖着棕色的sio气泡。Sio气体为棕色，棕色的小圈是sio的结晶。根本原因在于坩埚壁上的杂质或者硅料清洗不干净所带来的酸碱或重金属残留，使坩埚在高温下不稳定，造成上诉现象。注：一氧化硅（sio）的物理化学性质Sio：黑棕色至黄土色无定形粉末。熔点>1702℃。沸点1880℃，由纯度99.5％的二氧化硅粉末与煤沥青粉末(或硅粉)以C/SiO2=1.3或Si/SiO2=1.2配比混合，放入电加热的真空炉，注入非氧化性气体(如氩、氢等气体)，高温反应，制得

7、超细(0.1/μm以下)无定形氧化硅。一般它可由[url=http://zh.wikipedia.org/zh-cn/&nAe+%1F%3Ei]二氧化硅在高温下与纯硅作用后迅速冷却制得：SiO2+Si→2SiOSio是si与sio2在真空条件下加热生成的产物，在引晶的时候硅液表面有一层棕色的烟环绕，此为sio。解决途径：1.硅料的清洗需要保证无酸碱残留或重金属%`3Y6f(?7~7q&X2.坩埚本身的质量过关8A9W-P%`*`3.改进工艺，使用涂层或喷涂坩埚。2.石英坩埚的析晶现象：石英坩埚在高温下具有趋向变成二氧化

8、硅的晶体（方石英）。这个过程称为再结晶，也称为“失透”，通常也称为“析晶”。解释：析晶通常发生在石英坩埚的表层，按照中国石英玻璃行业标准规定，半导体工业用石英玻璃在1400℃±5℃下保温6小时，其析晶层的平均厚度应为﹤100µm，在100µm之内的析晶是属于正常的。严重的析晶对拉单晶的影响很大，石英坩埚内壁发生析晶时有可能破换坩埚