石英坩埚相关知识介绍

石英坩埚使用中常见的问题
1、析晶、失透
玻璃态 杂质、自发 非晶态的坩埚 无固定的熔点 形核（高温型方石英） （SiO2） 高温下软化
高温、长时间
晶体生长
冷却后
失透（低温型方石英）
石英砂不纯物 ①杂质 石英坩埚受污染 石墨中的杂质 外界污染 ②高温度、长时间
白色物质即为析晶产物——方石英
产生析晶的原因
1 石英坩埚的生产，清洗，包装过程中受到沾污。 2 杂质或污染的影响，碱金属离子钾（K）钠（Na）锂（Li） 和碱土金属离子钙（Ca）镁（Mg）这些离子的存在是石英 坩埚产生析晶的主要因素。 3 在操作过程中，因操作方法不当也会产生析晶如在防止石 英坩埚和装填硅料的过程中，带入的汗水，口水，油污， 尘埃等。 4 新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成 石英坩埚外层析晶的主要原因。 5 用于拉晶的原料纯度低，所含杂质太多或清洗工艺存在问 题。 6 熔料时温度过高，也将加重析晶的程度。
析晶对拉晶的影响
1 石英坩埚内壁发生析晶时有可能破换坩埚内壁原 有的内表面，这将导致气泡层和熔硅发生反应， 造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内，使得正在生 长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。 2 析晶将减薄石英坩埚原有的厚度，降低了坩埚的 强度容易引起石英坩埚的变形。
失透物 脱落
缺陷产生
体积膨胀、破裂
拉晶80小时后
பைடு நூலகம்
空烧10小时
石英坩埚的基本特性
1. 热学性能： 热学性能主要体现在以下几个方面 它的形变点约为1100℃左右； 它的软化点为1730℃； 其最高连续使用温度为1100℃，短时间内为1450℃。 2. 结晶性能 石英坩埚在高温下具有趋向变成二氧化硅的晶体 （方石英）。这个过程称为再结晶，也称为“失 透”，通常也称为“析晶”。
2、渗硅
①内表面析晶严重，温度变化等导致局部脱落
②透明层中的气泡膨胀破裂
渗硅
DF率低
温度、时间
3、变形 1 坩埚的粘度低，石英材质、污染
2 失透严重
3 装料、化料不当
鼓包
①石英坩埚外表面失透严重，不透明层中的气体聚集 ②石英坩埚外径大，使用时与石墨坩埚结合过于紧密
严重失透导致
外径、排气导致
4、漏硅 1 坩埚失透严重
旋转模具
倒砂、成型
熔融
冷却
冷却后
石英坩埚的结构
真空透明层
涂层
不透明层
坩埚
不透明层：内部含有大量气泡 受热均匀，保温效果好
透明层：均匀致密、表面光滑 增强坩埚的强度（抗变形） 降低内表面的温度（防失透）
真空透明层 不透明层
真空层的形成
非真空
真空
气泡
真空泵
气泡层
真空透明层
气泡膨胀
拉晶35小时后 实验前
2 坩埚存在隐伤或运输安放过程中存在碰撞
3 装料、化料不当
涂层坩埚
为了改善石英坩埚中因自发形核失透对拉晶的影 响，人们开发出了涂层坩埚： 1 内涂高纯合成石英 目的：抑制石英玻璃的形核过程 2 内涂促进结晶剂 目的：促进石英玻璃的均匀形核，加速它结晶成 方石英。
产生析晶的原因
热涂
冷涂
热涂
优点
冷涂
析晶与温度的关系
析晶和温度的关系： 析晶是石英玻璃在高温下析出结晶体的过程， 先是随机的产生晶核，在其周围开始生长不断结晶。 温度越高结晶前沿的扩展速度就越快。
温度 1350℃ 1620℃ 结晶速度 6.5×10-4um/min 9.0×10-2um/min
AQM坩埚类型
AQM-10 内壁涂透明层的天然石英坩埚。
使用时间长，有利于获得高 质量的晶棒，适应性强，DF 率较热涂略高。
晶棒的气孔率较低
缺点
使用时间较冷涂短， 适应性较差。
气孔率较热涂略高
天然石英与合成石英
天然石英 合成石英
优点
纯度高，杂质含量少，难形核， 成本低，粘度高抗变形能力较 在高温下能长时间的保持玻璃形 强。 态。
缺点
容易含有杂质如气液包裹体、 粘度低易变形（软化点低80 ℃左 固体包裹体 、密集气泡、晶 右），成本高；在高温下与硅液 格内杂质等。 反应较剧烈。
石英坩埚相关知识介绍
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石英坩埚的简介 石英坩埚的制造、结构 常见问题
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涂层坩埚
客户关注问题
石英坩埚的使用
单晶圆坩埚
多晶方坩埚
石英坩埚的作用
石英坩埚的作用：在高 温下盛装硅液，并防止 其他杂质进入硅液。 SiO2+Si—2SiO（气）
石英坩埚
真空电弧石英坩埚制造原理
生产原理： 将高纯石英粉装入可任意倾动角度的旋转 成型模内，利用离心力成型，将已成坩埚形的 旋转着的装置移动至电极棒处，然后将电极送 电启弧，同时启动真空系统，使其快速熔化成 坩埚形状的熔融石英，经冷却后取出，即完成 一个石英坩埚的熔融。
AQM-20 在AQM-20的基础上采用特殊工艺抑制气泡膨胀。
AQM-30 合成石英坩埚，内涂合成石英砂。
AQM-40 热涂石英坩埚。 AQM-41 冷涂石英坩埚。