Crogiolo al quarzo: un contenitore indispensabile per il fotovoltaico, semiconduttori e altre industrie
1. Capire il crogiolo di quarzo
I crogioli di quarzo presentano i vantaggi di un'elevata purezza, forte resistenza alla temperatura, taglia larga, alta precisione, e buona conservazione del calore. Soprattutto nel processo di crescita dei cristalli di silicio, il crogiolo di quarzo è diventato un componente fondamentale insostituibile!
I crogioli al quarzo possono essere utilizzati al di sotto di 1450°C e si dividono in due tipologie: trasparente e opaco. I primi crogioli di quarzo erano tutti trasparenti. Questa struttura trasparente portava facilmente a condizioni di trasferimento di calore non uniformi e aumentava la difficoltà di crescita dei lingotti, quindi questo tipo di crogiolo è stato eliminato.
Attualmente, il crogiolo di quarzo traslucido è un materiale di base indispensabile per estrarre silicio monocristallino di grande diametro e sviluppare circuiti integrati su larga scala. Oggi, i paesi sviluppati dell'industria mondiale dei semiconduttori hanno sostituito il piccolo crogiolo di quarzo trasparente con questo crogiolo. Il crogiolo di quarzo traslucido presenta i vantaggi di un'elevata purezza, forte resistenza alla temperatura, grandi dimensioni e alta precisione, buona conservazione del calore, risparmio energetico e qualità stabile.
2. Il processo di produzione del crogiolo di quarzo
Secondo diversi processi di preparazione e usi, i crogioli di quarzo si dividono in crogioli di quarzo ad arco e crogioli di ceramica di quarzo. Il crogiolo al quarzo ad arco viene utilizzato principalmente per il silicio monocristallino Czochralski, che è prodotto con il metodo dell'arco (questo è, utilizzato nel campo dei semiconduttori);
I crogioli in ceramica di quarzo sono utilizzati principalmente per lingotti di silicio policristallino, utilizzando metodi generali di preparazione della ceramica come stuccatura o stampaggio a iniezione.
Silicio monocristallino di grande diametro (sopra i 200 mm) è fondamentalmente prodotto dal Czochralski (CZ) metodo. Ci vuole più tempo e più risorse per far crescere un cristallo di silicio di così grandi dimensioni, è molto importante migliorare il tasso di successo della crescita dei cristalli di silicio per fornace.
Durante la crescita dei cristalli di silicio Czochralski, la crescita del cristallo singolo senza dislocazione può fallire per vari motivi, con conseguente grande perdita di risorse e di tempo.
Ci sono molte ragioni per il fallimento della crescita del cristallo singolo senza dislocazione. Nelle condizioni attuali del forno a cristallo singolo di silicio Czochralski stabile e maturo e del suo design del campo termico, la purezza del crogiolo di quarzo a diretto contatto con il fuso di silicio e il rilascio di minuscole particelle di cristobalite durante la crescita sono generalmente considerati uno dei motivi principali del fallimento della crescita di cristalli di Czochralski di grande diametro privi di dislocazioni.
In altre parole, la qualità del crogiolo di quarzo ad arco è il fattore principale che influenza la qualità del silicio monocristallino Czochralski. Perciò, il continuo miglioramento dei requisiti di qualità per il silicio monocristallino di grande diametro ha proposto requisiti più elevati per i prodotti al quarzo e i relativi materiali per i materiali semiconduttori.
Come l'ispezione della sabbia di quarzo, purificazione con sabbia di quarzo, ispezione iniziale di fusione dell'arco, pulizia delle pareti esterne, altezza di taglio, smussatura, pulizia, Rivestimento, essiccazione, ispezione finale, confezione, spedizione, eccetera.
I due processi di produzione dei crogioli ceramici al quarzo sono più o meno gli stessi. Tuttavia, a causa delle differenze nei metodi di produzione, la scelta delle attrezzature di supporto per i due processi è ancora diversa.
(1) Processo di produzione della stuccatura
Il processo di produzione generale del metodo di stuccatura: stuccatura – sformatura – girando – curare – ispezione iniziale – riparare – essiccazione – calcinazione – Rifinitura – ispezione finale – confezione
Poiché il tempo di sformatura dello stampaggio ad iniezione è generalmente 8 ore, l'efficienza di stampaggio è relativamente bassa, e l'output non dovrebbe essere troppo grande.
(2) Processo di produzione del metodo di coagulazione ad iniezione
Processo di produzione generale del metodo di coagulazione dell'iniezione: stuccatura – sformatura – girando – ispezione iniziale – riparare – essiccazione – calcinazione – Rifinitura – ispezione finale – confezione
Perché il metodo di stuccatura si basa sull'assorbimento d'acqua dello stampo in gesso per asciugarsi, il tempo di sformatura è lungo e l'efficienza produttiva è bassa.
Il metodo di stampaggio ad iniezione utilizza uno stampo in acciaio, ma ci sono additivi negli ingredienti del prodotto. Il corpo verde può essere rapidamente solidificato e formato durante il processo di produzione, migliorando la resistenza e facile da sformare rapidamente. E la forza del corpo verde dopo la sformatura è elevata, e non ha bisogno di essere curato da un forno di stagionatura.
Dall'analisi comparativa di cui sopra si può vedere che i due processi produttivi sono solo il metodo di coagulazione ad iniezione e non richiedono un forno di stagionatura per curare la pasta verde, e il flusso di processo è sostanzialmente lo stesso.
3. Uso e manutenzione del crogiolo di quarzo
La principale composizione chimica del crogiolo di quarzo è il biossido di silicio, che non interagisce con altri acidi ad eccezione dell'acido fluoridrico, ed è facile da interagire con alcali caustici e carbonato di metalli alcalini;
Il crogiolo di quarzo ha una buona stabilità termica e può essere riscaldato direttamente sulla fiamma;
I crogioli di quarzo si rompono facilmente, quindi fai attenzione quando li usi;
Il crogiolo di quarzo può utilizzare solfato di idrogeno di potassio (sodio), tiosolfato di sodio (essiccazione a 212 ℃) come flusso, e la temperatura di fusione non deve superare 800 ℃.
4. L'analisi della domanda del crogiolo di quarzo
In termini di vita utile, la vita ideale del crogiolo di quarzo è 400 ore+, e il caso peggiore riguarda 300 ore. (Nota: La durata del crogiolo di quarzo corrispondente al wafer di silicio di tipo N è 50-100 ore inferiore a quella del wafer di silicio di tipo P, questo è, la vita del crogiolo di quarzo per il wafer di silicio di tipo P è di circa 400 ore, e la vita del crogiolo di quarzo per il wafer di silicio di tipo N è 300-350 ore).
Consumo del crogiolo di quarzo di un forno monocristallo: Attualmente, un forno a cristallo singolo di wafer di silicio di tipo P utilizza una media di 2 crogioli di quarzo al mese (720 ore) e 24 crogioli di quarzo all'anno. Consumo crogiolo al quarzo di wafer di silicio da 1 GW: 1La capacità di produzione di wafer di silicio GW182 corrisponde a 100 forni a cristallo singolo, e la spedizione di wafer di silicio da 1 GW corrisponde a circa 2400 crogioli di quarzo.
5. Sommario
I crogioli al quarzo sono utilizzati principalmente nei semiconduttori, fotovoltaico e altri campi. A causa dell'elevata precisione del prodotto e del rapido sviluppo tecnologico nell'industria fotovoltaica, i requisiti per la purezza e la precisione dei crogioli di quarzo stanno diventando sempre più severi.
