中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石英坩堝具有高純度、耐溫性強(qiáng)、尺寸大精度高、保溫性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在冶金、化工、電工、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域受到極大青睞。尤其是在硅晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，石英坩堝成為了不可替代的關(guān)鍵部件！
一般來(lái)講，根據(jù)制備工藝及用途不同，石英坩堝又分為電弧石英坩堝和石英陶瓷坩堝。電弧石英坩堝主要用于直拉單晶硅方面，石英陶瓷坩堝主要用于多晶硅鑄錠方面。
在直拉單晶硅方面
單晶硅是大規(guī)模集成電路制造中不可缺少的半導(dǎo)體材料。隨著電路集成度的提高，超大規(guī)模集成(Ultra Large Scale Integration，ULSI)發(fā)展迅猛，目前主流硅片已達(dá)到300mm，400mm單晶硅也已研發(fā)成功，產(chǎn)業(yè)化指日可待，同時(shí)更大尺寸的硅單品也仍在持續(xù)研發(fā)中。
眾所周知，大直徑的單晶硅(200mm以上)基本都是通過(guò)直拉(CZ)法生產(chǎn)的，生長(zhǎng)如此大尺寸的硅晶體需要更多的時(shí)間和更多的資源，因此，提高每爐次硅晶體生長(zhǎng)成功率是非常重要的。在直拉硅晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，由于各種原因，無(wú)位錯(cuò)單晶生長(zhǎng)會(huì)失敗，從而造成很大的資源和時(shí)間損失。無(wú)位錯(cuò)單品生長(zhǎng)失敗有多種原因，在目前直拉硅單晶爐及其熱場(chǎng)設(shè)計(jì)都很穩(wěn)定成熟的條件下，與硅熔體直接接觸的石英坩堝的純度及其生長(zhǎng)時(shí)釋放微小方石英顆粒被普遍認(rèn)為是導(dǎo)致大直徑無(wú)位錯(cuò)直拉晶體生長(zhǎng)失敗的主要原因之一。
換句話說(shuō)，電弧石英坩堝的好壞是影響直拉單晶硅產(chǎn)質(zhì)量的主要因素。因此，對(duì)大直徑單晶硅質(zhì)量要求的不斷提高，對(duì)半導(dǎo)體材料用石英制品及相關(guān)材料提出了更高的要求，如石英砂檢驗(yàn)、石英砂提純、電弧熔融初檢、外壁清洗、切高、倒角、清洗、涂層、烘干、終檢、包裝、發(fā)運(yùn)等。
在太陽(yáng)能電池用多晶硅鑄錠方面
太陽(yáng)能電池作為一種清潔能源受到世界范圍內(nèi)的廣泛重視。太陽(yáng)能電池的主要分類如下圖所示，多晶硅的轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)量高，而且對(duì)原料要求相對(duì)較低，因此是產(chǎn)業(yè)化比率最高的材料。
太陽(yáng)能電池的主要分類
石英陶瓷坩堝是太陽(yáng)能電池用多晶硅鑄錠爐的關(guān)鍵部件，它作為裝載多晶硅原料的容器，在1500℃以上的高溫下連續(xù)工作50h以上，使之熔化、長(zhǎng)晶，然后用來(lái)制造太陽(yáng)能電池的多晶硅硅錠。由于其使用條件十分苛刻，對(duì)坩堝的純度、強(qiáng)度、外觀及內(nèi)在質(zhì)量、高溫性能、尺寸精度等都有十分嚴(yán)格的要求。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其制備過(guò)程有著大量的研究成果，如不同的保溫時(shí)間、成型方法、添加劑、顆粒級(jí)配等生產(chǎn)要素對(duì)于坩堝燒結(jié)(生產(chǎn))后性質(zhì)的影響，目的主要在于提高坩堝的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以減少坩堝在高溫下破裂的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)SiO2晶相轉(zhuǎn)變條件可知，在燒結(jié)過(guò)程中，熔融石英在高溫下會(huì)析出β-方石英，在降溫過(guò)程中約270℃時(shí)，β-方石英會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?方石英，這一過(guò)程體積約減小2.8%，會(huì)破壞熔融石英坩堝的結(jié)構(gòu)，使其報(bào)廢或增加鑄錠(使用)過(guò)程中的漏硅(坩堝破裂，硅液溢流)幾率。故燒結(jié)過(guò)程中對(duì)α-方石英的析出量控制極為關(guān)鍵，一般通過(guò)調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。
石英陶瓷坩堝是目前不可替代的材料，由于是一次性使用，所以需求量巨大。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源緊缺的問(wèn)題日益顯現(xiàn)，在全球范圍內(nèi)掀起了一股開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的熱潮，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)每年以30%～40%的速度增長(zhǎng)，從而帶動(dòng)了多晶硅鑄錠爐的迅猛發(fā)展，對(duì)石英陶瓷坩堝的需求也與日俱增。
參考來(lái)源：
[1]劉金秋等.熔融石英坩堝在燒結(jié)和鑄錠過(guò)程中的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)
[2]莫宇等.石英坩堝對(duì)大直徑直拉硅單晶生長(zhǎng)的影響
[3]劉學(xué)理.石英陶瓷在浮法玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用
[4]荊富等.石英陶瓷的研究及應(yīng)用進(jìn)展
[5]張曉艷.熔融石英坩堝的制備及其析晶行為研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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