石英坩堝的歷史和現(xiàn)狀及國內(nèi)石英坩堝的情況分析
上傳時間:2021年02月22日 09:55:40
一:石英坩堝的歷史和現(xiàn)狀
1.早期石英坩堝
早期的石英坩堝是全部透明的,佑鑫石英最早期的石英坩堝是全部的透明的結(jié)構(gòu),這種透明的結(jié)構(gòu)卻容易引起導(dǎo)致不均勻的熱傳輸條件,增加晶棒生長的困難度。所以這種坩堝基本被淘汰使用。
2.現(xiàn)代的石英坩堝
現(xiàn)代拉單晶的石英坩堝一般是采用電弧法生產(chǎn),半透明狀,是拉制大直徑單晶硅,發(fā)展大規(guī)模集成電路必不可少的基礎(chǔ)材料
現(xiàn)代的石英坩堝則存在二種結(jié)構(gòu),外側(cè)是一層具有高氣泡密度的區(qū)域,佑鑫石英稱為氣泡復(fù)合層,內(nèi)側(cè)則是一層3~5mm的透明層,稱之為氣泡空乏層。氣泡復(fù)合層的目的是在與均勻的輻射有加熱器所提供的輻射熱源。氣泡空乏層的目的在于降低與溶液接觸區(qū)域的氣泡密度,而改善單晶生長的成功率及晶棒品質(zhì)。
二:國內(nèi)石英坩堝的情況分析
國內(nèi)石英坩堝廠家有:錦州圣戈班、荊州菲利華、揚州華爾、寧波寶斯達、余姚通達、杭州大和等。
錦州圣戈班、荊州菲利華、揚州華爾,他們的工藝采用真空熔融法,外幾家采用的是涂層法,即在坩堝內(nèi)壁用精細石英砂噴涂到坩堝表面大約1~2mm左右。涂的不均勻,這就會造成在單晶生長過程中內(nèi)壁脫落導(dǎo)致單晶生長失敗。
寧波寶斯達有一種涂鋇鍋,可應(yīng)用到太陽能單晶用坩堝上。佑鑫石英涂鋇工藝也可用人工進行,但是人工涂鋇的缺點在于在涂鋇的同時引進多余的雜質(zhì)且人工噴涂不均勻,使得在開始拉晶的時候由于雜質(zhì)過多或者單晶生長過程中內(nèi)壁脫落,造成放肩時斷線,需提雜后才能進行繼續(xù)拉晶。
注:涂鋇工藝的原理:
這是因為鋇在硅中的平衡偏析系數(shù)非常小,使得他在硅晶棒中的濃度小于2.5x10(-9)/cm3,因而不會影響到晶棒的品質(zhì)。通常的做法是將石英坩堝壁涂上一層含有結(jié)晶水的氫氧化鋇(Ba(OH)2.8H2O)(飽和的氫氧化鋇水溶液)。這層氫氧化鋇會與空氣中的二氧化碳反應(yīng)形成碳酸鋇。而當這種石英坩堝在單晶爐上被加熱時,碳酸鋇會分解形成氧化鋇,隨著氧化鋇與石英坩堝反應(yīng)形成硅酸鋇(BaSiO3)。由于硅酸鋇的存在,使得石英坩堝壁上形成一層致密微小的方石英結(jié)晶。這種微小的方石英結(jié)晶很難被溶液滲入而剝落,即使剝落也很快被溶液溶解掉,,因此可以大幅度的改善石英坩堝的使用壽命及長晶良率。另外在石英坩堝外壁形成一層方石英結(jié)晶的好處,是它可以增加石英坩堝的強度,減少高溫軟化現(xiàn)象。