一種石英坩堝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及硅材料制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種石英坩禍。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，利用直拉法生產(chǎn)單晶硅時，首先將塊狀硅料置于石英坩禍中，加熱到熔點使其熔化成熔融硅，利用籽晶進(jìn)行引晶，并拉制單晶硅棒。在此過程中，石英坩禍作為承載熔融硅的容器，需要在高溫環(huán)境中長時間使用，并與熔融硅直接接觸，因此對其質(zhì)量要求非常尚O
[0003]石英坩禍一般利用電弧熔制法制成，使石英砂在旋轉(zhuǎn)的且具有一定孔洞的模具的內(nèi)表面成型，在從外側(cè)抽真空的狀態(tài)下，通過電極放電電弧產(chǎn)生的高溫熔化石英砂，再冷卻成型。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)出的石英坩禍，在內(nèi)側(cè)的透明層中會存在具有微米級直徑的微氣泡，特別是在內(nèi)表層以下I毫米左右的深度內(nèi)，微氣泡含量很高，在拉制重量較大的大尺寸硅棒時，石英坩禍與熔融硅的接觸時間可能達(dá)到120小時以上，熔融硅與石英坩禍表面持續(xù)反應(yīng)，氣泡在連續(xù)高溫下膨脹，石英坩禍內(nèi)表層的氣泡容易破裂，會將氣泡中的氣體和石英微粒釋放到硅液中，從而將雜質(zhì)引入硅單晶中，導(dǎo)致拉制出的硅單晶的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而影響單晶硅質(zhì)量甚至破壞單晶硅生長。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種石英坩禍，能夠長時間使用，提高硅單晶產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
[0006]本實用新型提供的一種石英坩禍，包括:
[0007]位于最外側(cè)的氣泡部；
[0008]位于所述氣泡部內(nèi)側(cè)的透明部；
[0009]所述透明部包括位于最內(nèi)側(cè)的第一透明部和位于所述氣泡部和所述第一透明部之間的第二透明部；
[0010]其中，所述第二透明部的氣泡含量少于所述第一透明部的氣泡含量。
[0011]優(yōu)選的，在上述石英坩禍中，所述第一透明部的氣泡含量低于15個/立方毫米。
[0012]優(yōu)選的，在上述石英坩禍中，所述第二透明部的氣泡含量低于3個/立方毫米。
[0013]優(yōu)選的，在上述石英坩禍中，所述氣泡部的厚度范圍為3毫米至10毫米。
[0014]優(yōu)選的，在上述石英坩禍中，所述透明部的厚度的范圍為3毫米至8毫米。
[0015]優(yōu)選的，在上述石英坩禍中，所述第一透明部的厚度為I毫米。
[0016]本實用新型提供的上述石英坩禍，由于所述透明部包括位于最內(nèi)側(cè)的第一透明部和位于所述氣泡部和所述第一透明部之間的第二透明部，其中，所述第二透明部的氣泡含量少于所述第一透明部的氣泡含量，透明部的氣泡數(shù)量極少，在拉制單晶硅過程中，大大降低了氣泡破裂的概率，避免氣體或石英微粒進(jìn)入熔融硅，有效提高長時間拉制單晶硅的穩(wěn)定性和成晶率，保證高質(zhì)量和高產(chǎn)率，降低單晶生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本申請實施例提供的一種石英坩禍的示意圖；
[0019]圖2為本申請實施例提供的石英坩禍的透明部的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0021]本申請實施例提供的一種石英坩禍如圖1和圖2所示，圖1為本申請實施例提供的一種石英坩禍的示意圖，圖2為本申請實施例提供的石英坩禍的透明部的組成示意圖。該石英坩禍包括:
[0022]位于最外側(cè)的氣泡部1，其內(nèi)部富含密集的氣泡，呈不透明狀，一般占坩禍總厚度的50%至80%，這種氣泡部的形成是熔制法生產(chǎn)坩禍的必然結(jié)果，考慮到實際使用要求和熔融耗電成本，坩禍只要具有一定厚度的透明層即可，但又需要一定的總厚度以保證足夠的強(qiáng)度，綜合考慮各種因素，因此需要一定厚度的氣泡部I。
[0023]位于所述氣泡部內(nèi)側(cè)的透明部2，所述透明部2 —般占坩禍總厚度的20 %至50 %，其內(nèi)部氣泡含量極少，呈透明狀，一般而言，單晶硅生長過程中，坩禍能否保持穩(wěn)定的關(guān)鍵在于透明部2中氣泡的多少以及氣泡膨脹率的大小，通常透明部厚度與坩禍厚度具有一定的比例關(guān)系，過薄的透明部會遭受硅液嚴(yán)重侵蝕，其完整性遭到破壞，影響拉晶過程，而過厚的透明部則成本高，且在實際使用中意義也不大。
[0024]參考圖2，所述透明部2包括位于最內(nèi)側(cè)的第一透明部21和位于所述氣泡部I和所述第一透明部21之間的第二透明部22，其中，所述第二透明部22的氣泡含量少于所述第一透明部21的氣泡含量，二者相比較而言，第一透明部21為氣泡聚集區(qū)，而第二透明部22則為氣泡極少區(qū)，理論上來說越靠近硅液的區(qū)域里氣泡越少越好，但是，熔制法生產(chǎn)石英坩禍的過程中，由于表層與空氣接觸，而抽真空的部位位于內(nèi)部，因此表層逐漸融化時并不能完全消除微氣泡，因此最內(nèi)側(cè)的第一透明部21的氣泡難免比所述第二透明部22中的氣泡多，本方案中的石英坩禍在熔制時，通過在氣體主要成分中加入氫氣，降低氣泡中的氣體密度，改變了透明部中氣泡的氣體類型，因此，在使用該石英坩禍拉制單晶硅總時長達(dá)到150小時后，透明部2內(nèi)氣泡的膨脹率小于10倍，能有效避免氣泡破裂。
[0025]本申請實施例提供的上述石英坩禍，由于所述透明部2包括位于最內(nèi)側(cè)的第一透明部21和位于所述氣泡部I和所述第一透明部21之間的第二透明部22，其中，所述第二透明部22的氣泡含量少于所述第一透明部21的氣泡含量，透明部的氣泡數(shù)量極少，而且在拉制單晶硅過程中，能抑制微氣泡在持續(xù)高溫環(huán)境下的膨脹，大大降低了氣泡破裂的概率，從而避免氣體或石英微粒進(jìn)入熔融硅，有效提高長時間拉制單晶硅的穩(wěn)定性和成晶率，保證高質(zhì)量和高產(chǎn)率，降低單晶生產(chǎn)成本。
[0026]具體的，在上述石英坩禍中，所述第一透明部的氣泡含量低于15個/立方毫米，而且所述第二透明部的氣泡含量低于3個/立方毫米。具有這種氣泡含量的石英坩禍?zhǔn)峭ㄟ^模具系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電極系統(tǒng)和氣體置換系統(tǒng)的配合，在特定工藝條件下才生產(chǎn)出的，具有較高的難度。具體的，該模具系統(tǒng)提供良好的保溫性，特別是先熔制的上口，配合電極產(chǎn)生的高溫，能迅速融化表層的石英砂，通過電極位置和角度的調(diào)節(jié)，從上口逐漸熔制至底部，在抽真空的條件下，使坩禍內(nèi)部石英砂在真空環(huán)境下繼續(xù)熔制，產(chǎn)出的石英坩禍的氣泡就更少，表層在氫氣的氣氛下熔制，使表層微氣泡中含有氫氣。
[0027]作為一種可選方案，上述石英坩禍的所述氣泡部I的厚度范圍為3毫米至10毫米，所述透明部的厚度的范圍為3毫米至8毫米，這樣不僅能夠利用較厚的氣泡含量極低的透明部，在生長大尺寸單晶時不至于氣泡破裂，而且利用較厚的氣泡部，使整個石英坩禍具有一定的強(qiáng)度，避免整個坩禍破裂。
[0028]進(jìn)一步的，提供一個具體的例子:石英坩禍包括外側(cè)的氣泡部和內(nèi)側(cè)的透明部，其中，氣泡部的厚度為8毫米，內(nèi)部富含密集氣泡，呈現(xiàn)不透明狀，而透明部的厚度為4毫米，呈現(xiàn)透明狀，而且，透明部中靠近坩禍內(nèi)表面I毫米深度范圍為第一透明部，也就是說所述第一透明部的厚度為I毫米，其內(nèi)氣泡含量為15個/立方毫米，第一透明部和氣泡部之間為第二氣泡部，其氣泡含量為3個/立方毫米。
[0029]本申請實施例提供的上述石英坩禍，透明部的氣泡數(shù)量極少，在拉制單晶硅過程中，大大降低了氣泡破裂的概率，避免氣體或石英微粒進(jìn)入熔融硅，有效提高長時間拉制單晶硅的穩(wěn)定性和成晶率，保證高質(zhì)量和高產(chǎn)率，降低單晶生產(chǎn)成本。
[0030]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種石英坩禍，其特征在于，包括: 位于最外側(cè)的氣泡部； 位于所述氣泡部內(nèi)側(cè)的透明部； 所述透明部包括位于最內(nèi)側(cè)的第一透明部和位于所述氣泡部和所述第一透明部之間的第二透明部； 其中，所述第二透明部的氣泡含量少于所述第一透明部的氣泡含量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英坩禍，其特征在于，所述第一透明部的氣泡含量低于15個/立方毫米。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英坩禍，其特征在于，所述第二透明部的氣泡含量低于3個/立方毫米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英坩禍，其特征在于，所述氣泡部的厚度范圍為3毫米至10毫米。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石英坩禍，其特征在于，所述透明部的厚度的范圍為3毫米至8毫米。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石英坩禍，其特征在于，所述第一透明部的厚度為I毫米。
【專利摘要】本申請公開了一種石英坩堝，包括：位于最外側(cè)的氣泡部；位于所述氣泡部內(nèi)側(cè)的透明部；所述透明部包括位于最內(nèi)側(cè)的第一透明部和位于所述氣泡部和所述第一透明部之間的第二透明部；其中，所述第二透明部的氣泡含量少于所述第一透明部的氣泡含量。本申請?zhí)峁┑纳鲜鍪③釄宓耐该鞑康臍馀輸?shù)量極少，在拉制單晶硅過程中，大大降低了氣泡破裂的概率，避免氣體或石英微粒進(jìn)入熔融硅，有效提高長時間拉制單晶硅的穩(wěn)定性和成晶率，保證高質(zhì)量和高產(chǎn)率，降低單晶生產(chǎn)成本。
【IPC分類】C30B15/10
【公開號】CN204918839
【申請?zhí)枴緾N201520700715
【發(fā)明人】蘇光都, 楊小剛, 王君偉, 李航, 齊平, 柴春龍
【申請人】江西中昱新材料科技有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月11日