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1、石英坩堝知識整理總結一：石英坩堝的歷史和現(xiàn)狀1.早期石英坩堝14@"o'd)J$B??f早期的石英坩堝是全部透明的，最早期的石英坩堝是全部的透明的結構，這種透明的結構卻容易引起導致不均勻的熱傳輸條件，增加晶棒生長的困難度。所以這種坩堝基本被淘汰使用。2.現(xiàn)代的石英坩堝5d!t.q6V1V%h4_1s,p,L"P??g現(xiàn)代拉單晶的石英坩堝一般是采用電弧法生產(chǎn)，半透明狀，是拉制大直徑單晶硅，發(fā)展大規(guī)模集成電路必不可少的基礎材料1C4q:Y+A2U:v.N7e1i.G1K現(xiàn)代的石英坩堝則存在二種結構
2、，外側是一層具有高氣泡密度的區(qū)域，稱為氣泡復合層，內(nèi)側則是一層3~5mm的透明層，稱之為氣泡空乏層。氣泡復合層的目的是在與均勻的輻射有加熱器所提供的輻射熱源。氣泡空乏層的目的在于降低與溶液接觸區(qū)域的氣泡密度，而改善單晶生長的成功率及晶棒品質。二：國內(nèi)石英坩堝的情況分析$e0m1i2S8H1P7G國內(nèi)石英坩堝廠家有：錦州圣戈班、荊州菲利華、揚州華爾、寧波寶斯達、余姚通達、杭州大和等。*_-z??J+i'a,G錦州圣戈班、荊州菲利華、揚州華爾,他們的工藝采用真空熔融法，外幾家采用的是涂層法，即在坩堝
3、內(nèi)壁用精細石英砂噴涂到坩堝表面大約1~2mm左右。涂的不均勻，這就會造成在單晶生長過程中內(nèi)壁脫落導致單晶生長失敗。!S.X)q.~9F"q3o3C:H*F寧波寶斯達有一種涂鋇鍋，可應用到太陽能單晶用坩堝上。涂鋇工藝也可用人工進行，但是人工涂鋇的缺點在于在涂鋇的同時引進多余的雜質且人工噴涂不均勻，使得在開始拉晶的時候由于雜質過多或者單晶生長過程中內(nèi)壁脫落，造成放肩時斷線，需提雜后才能進行繼續(xù)拉晶。0e)V0R??F$C4W:L注：涂鋇工藝的原理：$T)~,R2t$Y$s這是因為鋇在硅中的平衡偏析系
4、數(shù)非常小，使得他在硅晶棒中的濃度小于2.5x10（-9）/cm3，因而不會影響到晶棒的品質。通常的做法是將石英坩堝壁涂上一層含有結晶水的氫氧化鋇（Ba(OH)2.8H2O）（飽和的氫氧化鋇水溶液）。這層氫氧化鋇會與空氣中的二氧化碳反應形成碳酸鋇。而當這種石英坩堝在單晶爐上被加熱時，碳酸鋇會分解形成氧化鋇，隨著氧化鋇與石英坩堝反應形成硅酸鋇（BaSiO3）。由于硅酸鋇的存在，使得石英坩堝壁上形成一層致密微小的方石英結晶。這種微小的方石英結晶很難被溶液滲入而剝落，即使剝落也很快被溶液溶解掉，，因此可
5、以大幅度的改善石英坩堝的使用壽命及長晶良率。另外在石英坩堝外壁形成一層方石英結晶的好處，是它可以增加石英坩堝的強度，減少高溫軟化現(xiàn)象。三：石英坩堝在拉單晶中出現(xiàn)的現(xiàn)象及其分析1．石英坩堝使用后壁上出現(xiàn)棕色小圈[/url]現(xiàn)象：在鍋壁上出現(xiàn)棕色小圈。解釋：石英坩堝本身是非晶質，石英坩堝本身是非晶質的介態(tài)能，在適當?shù)臈l件下他會發(fā)生相變化而形成穩(wěn)定的方石英結晶態(tài)。方石英結晶態(tài)的形成包括成核與成長二個階段，成核通常發(fā)生在石英坩堝壁上的結構缺陷或雜質（特別是一些堿性金屬或重金屬）。初期的方石英結晶為球狀，
6、進一步的成長則是沿著坩堝壁成樹枝狀往側向發(fā)展，這是因為石英坩堝與溶液的反應時的垂直方向的成長受到抑制之故。在方石英結晶與非晶質石英坩堝壁之間通常夾雜著一層硅溶液，而在方石英結晶的邊緣，通常覆蓋著棕色的sio氣泡。Sio氣體為棕色，棕色的小圈是sio的結晶。根本原因在于坩堝壁上的雜質或者硅料清洗不干凈所帶來的酸堿或重金屬殘留，使坩堝在高溫下不穩(wěn)定，造成上訴現(xiàn)象。注：一氧化硅（sio）的物理化學性質Sio：黑棕色至黃土色無定形粉末。熔點>1702℃。沸點1880℃，由純度99.5％的二氧化硅粉末與煤
7、瀝青粉末(或硅粉)以C/SiO2=1.3或Si/SiO2=1.2配比混合，放入電加熱的真空爐，注入非氧化性氣體(如氬、氫等氣體)，高溫反應，制得超細(0.1/μm以下)無定形氧化硅。一般它可由[url=http://zh.wikipedia.org/zh-cn/&nAe+%1F%3Ei]二氧化硅在高溫下與純硅作用后迅速冷卻制得：SiO2+Si→2SiOSio是si與sio2在真空條件下加熱生成的產(chǎn)物，在引晶的時候硅液表面有一層棕色的煙環(huán)繞，此為sio。解決途徑：1.硅料的清洗需要保證無酸堿殘留或
8、重金屬%`3Y6f(?7~7q&X2.坩堝本身的質量過關8A9W-P%`*`3.改進工藝，使用涂層或噴涂坩堝。2.石英坩堝的析晶現(xiàn)象：石英坩堝在高溫下具有趨向變成二氧化硅的晶體（方石英）。這個過程稱為再結晶，也稱為“失透”，通常也稱為“析晶”。解釋：析晶通常發(fā)生在石英坩堝的表層，按照中國石英玻璃行業(yè)標準規(guī)定，半導體工業(yè)用石英玻璃在1400℃±5℃下保溫6小時，其析晶層的平均厚度應為﹤100μm，在100μm之內(nèi)的析晶是屬于正常的。嚴重的析晶對拉單晶的影響很大，石英坩堝內(nèi)壁發(fā)生析晶時有可能破換坩堝
