石英坩埚: 光伏不可或缺的容器, 半导体等行业

石英坩埚具有纯度高的优点, 耐温性强, 大尺寸, 高精准度, 并且保温性好. 特别是在硅晶体生长过程中, 石英坩埚已成为不可替代的关键部件!

石英坩埚可在1450℃以下使用，分为两种: 透明和不透明. 最早的石英坩埚都是透明的. 这种透明结构容易导致传热条件不均匀，增加铸锭生长难度, 所以这种坩埚被淘汰了.

现在, 半透明石英坩埚是拉制大直径单晶硅和开发大规模集成电路不可缺少的基础材料. 今天, 世界半导体工业发达国家已经用这种坩埚代替了透明的小石英坩埚. 半透明石英坩埚具有纯度高的优点, 耐温性强, 大尺寸高精度, 保温性好, 节能、质量稳定.

根据不同的制备工艺和用途, 石英坩埚分为弧形石英坩埚和石英陶瓷坩埚. 电弧石英坩埚主要用于直拉单晶硅, 采用电弧法制造 (那是, 用于半导体领域);

石英陶瓷坩埚主要用于多晶硅锭, 使用一般的陶瓷制备方法，如注浆或注塑成型.

大直径单晶硅 (200mm以上) 基本上是由 Czochralski 生产的 (长征) 方法. 长出如此大尺寸的硅晶体需要更多的时间和更多的资源。因此, 提高每炉硅晶体生长的成功率非常重要.

在 Czochralski 硅晶体的生长过程中, 由于各种原因，无位错单晶生长可能会失败, 造成资源和时间的巨大损失.

无位错单晶生长失败的原因有很多. 当前稳定成熟的直拉式硅单晶炉条件下及其热场设计, 与硅熔体直接接触的石英坩埚的纯度以及在生长过程中释放出微小的方石英颗粒，通常被认为是大直径无位错直拉晶体生长失败的主要原因之一.

换句话说, 电弧石英坩埚的质量是影响直拉单晶硅质量的主要因素. 所以, 大直径单晶硅质量要求的不断提高，对半导体材料的石英制品及相关材料提出了更高的要求.

如石英砂检验, 石英砂净化, 初始电弧熔化检查, 外墙清洗, 切割高度, 倒角, 打扫, 涂层, 烘干, 最终检验, 包装, 航运, 等等.

两种石英陶瓷坩埚的生产工艺大致相同. 然而, 由于生产方式的不同, 两种工艺配套设备的选择还是有区别的.

(1) 灌浆生产工艺

注浆法的一般生产流程: 灌浆 – 脱模 – 转弯 – 养护 – 初步检查 – 修理 – 烘干 – 煅烧 – 修整 – 最终检验 – 包装

由于注塑成型的脱模时间一般是 8 小时, 成型效率比较低, 并且输出不应该太大.

(2) 注射混凝法生产工艺

注射凝固法的一般生产流程: 灌浆 – 脱模 – 转弯 – 初步检查 – 修理 – 烘干 – 煅烧 – 修整 – 最终检验 – 包装
因为注浆法是靠石膏模的吸水性来干燥的, 脱模时间长，生产效率低.

注塑方式采用钢模, 但产品成分中有添加剂. 生坯在生产过程中可以快速固化成型, 提高强度，易于快速脱模. 并且脱模后的坯体强度高, 并且不需要固化炉固化.

从以上对比分析可以看出，两种生产工艺仅为注射混凝法，不需要固化炉固化生坯, 并且工艺流程基本相同.

石英坩埚的主要化学成分是二氧化硅, 不与除氢氟酸外的其他酸相互作用, 易与苛性碱和碱金属碳酸盐相互作用;

石英坩埚具有良好的热稳定性，可直接在火焰上加热;

石英坩埚易碎, 所以使用它们时要小心;

石英坩埚可使用硫酸氢钾 (钠), 硫代硫酸钠 (干燥在 212 ℃) 作为通量, 并且熔化温度不应超过 800 ℃.

在使用寿命方面, 石英坩埚的理想寿命是 400 小时+, 最坏的情况是 300 小时. (注意: N型硅片对应的石英坩埚使用寿命为 50-100 小时数低于 P 型硅片, 那是, P型硅片石英坩埚的寿命约为 400 小时, N型硅片石英坩埚的寿命为 300-350 小时).

单晶炉石英坩埚消耗: 现在, P型硅片单晶炉平均使用 2 石英坩埚一个月 (720 小时) 和 24 石英坩埚一年. 石英坩埚消耗1GW硅片: 1GW182硅片产能对应 100 单晶炉, 1GW硅片出货量对应约 2400 石英坩埚.

石英坩埚主要用于半导体, 光伏等领域. 由于光伏行业产品精度高、技术发展快, 对石英坩埚纯度和精度的要求越来越严格.