一种石英坩埚的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及硅材料制造技术领域，更具体地说，涉及一种石英坩祸。
【背景技术】
[0002]目前，利用直拉法生产单晶硅时，首先将块状硅料置于石英坩祸中，加热到熔点使其熔化成熔融硅，利用籽晶进行引晶，并拉制单晶硅棒。在此过程中，石英坩祸作为承载熔融硅的容器，需要在高温环境中长时间使用，并与熔融硅直接接触，因此对其质量要求非常尚O
[0003]石英坩祸一般利用电弧熔制法制成，使石英砂在旋转的且具有一定孔洞的模具的内表面成型，在从外侧抽真空的状态下，通过电极放电电弧产生的高温熔化石英砂，再冷却成型。
[0004]然而，现有技术中生产出的石英坩祸，在内侧的透明层中会存在具有微米级直径的微气泡，特别是在内表层以下I毫米左右的深度内，微气泡含量很高，在拉制重量较大的大尺寸硅棒时，石英坩祸与熔融硅的接触时间可能达到120小时以上，熔融硅与石英坩祸表面持续反应，气泡在连续高温下膨胀，石英坩祸内表层的气泡容易破裂，会将气泡中的气体和石英微粒释放到硅液中，从而将杂质引入硅单晶中，导致拉制出的硅单晶的结构发生变化，从而影响单晶硅质量甚至破坏单晶硅生长。
【实用新型内容】
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种石英坩祸，能够长时间使用，提高硅单晶产品的质量，降低生产成本。
[0006]本实用新型提供的一种石英坩祸，包括:
[0007]位于最外侧的气泡部；
[0008]位于所述气泡部内侧的透明部；
[0009]所述透明部包括位于最内侧的第一透明部和位于所述气泡部和所述第一透明部之间的第二透明部；
[0010]其中，所述第二透明部的气泡含量少于所述第一透明部的气泡含量。
[0011]优选的，在上述石英坩祸中，所述第一透明部的气泡含量低于15个/立方毫米。
[0012]优选的，在上述石英坩祸中，所述第二透明部的气泡含量低于3个/立方毫米。
[0013]优选的，在上述石英坩祸中，所述气泡部的厚度范围为3毫米至10毫米。
[0014]优选的，在上述石英坩祸中，所述透明部的厚度的范围为3毫米至8毫米。
[0015]优选的，在上述石英坩祸中，所述第一透明部的厚度为I毫米。
[0016]本实用新型提供的上述石英坩祸，由于所述透明部包括位于最内侧的第一透明部和位于所述气泡部和所述第一透明部之间的第二透明部，其中，所述第二透明部的气泡含量少于所述第一透明部的气泡含量，透明部的气泡数量极少，在拉制单晶硅过程中，大大降低了气泡破裂的概率，避免气体或石英微粒进入熔融硅，有效提高长时间拉制单晶硅的稳定性和成晶率，保证高质量和高产率，降低单晶生产成本。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请实施例提供的一种石英坩祸的示意图；
[0019]图2为本申请实施例提供的石英坩祸的透明部的组成示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0021]本申请实施例提供的一种石英坩祸如图1和图2所示，图1为本申请实施例提供的一种石英坩祸的示意图，图2为本申请实施例提供的石英坩祸的透明部的组成示意图。该石英坩祸包括:
[0022]位于最外侧的气泡部1，其内部富含密集的气泡，呈不透明状，一般占坩祸总厚度的50%至80%，这种气泡部的形成是熔制法生产坩祸的必然结果，考虑到实际使用要求和熔融耗电成本，坩祸只要具有一定厚度的透明层即可，但又需要一定的总厚度以保证足够的强度，综合考虑各种因素，因此需要一定厚度的气泡部I。
[0023]位于所述气泡部内侧的透明部2，所述透明部2 —般占坩祸总厚度的20 %至50 %，其内部气泡含量极少，呈透明状，一般而言，单晶硅生长过程中，坩祸能否保持稳定的关键在于透明部2中气泡的多少以及气泡膨胀率的大小，通常透明部厚度与坩祸厚度具有一定的比例关系，过薄的透明部会遭受硅液严重侵蚀，其完整性遭到破坏，影响拉晶过程，而过厚的透明部则成本高，且在实际使用中意义也不大。
[0024]参考图2，所述透明部2包括位于最内侧的第一透明部21和位于所述气泡部I和所述第一透明部21之间的第二透明部22，其中，所述第二透明部22的气泡含量少于所述第一透明部21的气泡含量，二者相比较而言，第一透明部21为气泡聚集区，而第二透明部22则为气泡极少区，理论上来说越靠近硅液的区域里气泡越少越好，但是，熔制法生产石英坩祸的过程中，由于表层与空气接触，而抽真空的部位位于内部，因此表层逐渐融化时并不能完全消除微气泡，因此最内侧的第一透明部21的气泡难免比所述第二透明部22中的气泡多，本方案中的石英坩祸在熔制时，通过在气体主要成分中加入氢气，降低气泡中的气体密度，改变了透明部中气泡的气体类型，因此，在使用该石英坩祸拉制单晶硅总时长达到150小时后，透明部2内气泡的膨胀率小于10倍，能有效避免气泡破裂。
[0025]本申请实施例提供的上述石英坩祸，由于所述透明部2包括位于最内侧的第一透明部21和位于所述气泡部I和所述第一透明部21之间的第二透明部22，其中，所述第二透明部22的气泡含量少于所述第一透明部21的气泡含量，透明部的气泡数量极少，而且在拉制单晶硅过程中，能抑制微气泡在持续高温环境下的膨胀，大大降低了气泡破裂的概率，从而避免气体或石英微粒进入熔融硅，有效提高长时间拉制单晶硅的稳定性和成晶率，保证高质量和高产率，降低单晶生产成本。
[0026]具体的，在上述石英坩祸中，所述第一透明部的气泡含量低于15个/立方毫米，而且所述第二透明部的气泡含量低于3个/立方毫米。具有这种气泡含量的石英坩祸是通过模具系统、真空系统、电极系统和气体置换系统的配合，在特定工艺条件下才生产出的，具有较高的难度。具体的，该模具系统提供良好的保温性，特别是先熔制的上口，配合电极产生的高温，能迅速融化表层的石英砂，通过电极位置和角度的调节，从上口逐渐熔制至底部，在抽真空的条件下，使坩祸内部石英砂在真空环境下继续熔制，产出的石英坩祸的气泡就更少，表层在氢气的气氛下熔制，使表层微气泡中含有氢气。
[0027]作为一种可选方案，上述石英坩祸的所述气泡部I的厚度范围为3毫米至10毫米，所述透明部的厚度的范围为3毫米至8毫米，这样不仅能够利用较厚的气泡含量极低的透明部，在生长大尺寸单晶时不至于气泡破裂，而且利用较厚的气泡部，使整个石英坩祸具有一定的强度，避免整个坩祸破裂。
[0028]进一步的，提供一个具体的例子:石英坩祸包括外侧的气泡部和内侧的透明部，其中，气泡部的厚度为8毫米，内部富含密集气泡，呈现不透明状，而透明部的厚度为4毫米，呈现透明状，而且，透明部中靠近坩祸内表面I毫米深度范围为第一透明部，也就是说所述第一透明部的厚度为I毫米，其内气泡含量为15个/立方毫米，第一透明部和气泡部之间为第二气泡部，其气泡含量为3个/立方毫米。
[0029]本申请实施例提供的上述石英坩祸，透明部的气泡数量极少，在拉制单晶硅过程中，大大降低了气泡破裂的概率，避免气体或石英微粒进入熔融硅，有效提高长时间拉制单晶硅的稳定性和成晶率，保证高质量和高产率，降低单晶生产成本。
[0030]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种石英坩祸，其特征在于，包括: 位于最外侧的气泡部； 位于所述气泡部内侧的透明部； 所述透明部包括位于最内侧的第一透明部和位于所述气泡部和所述第一透明部之间的第二透明部； 其中，所述第二透明部的气泡含量少于所述第一透明部的气泡含量。2.根据权利要求1所述的石英坩祸，其特征在于，所述第一透明部的气泡含量低于15个/立方毫米。3.根据权利要求2所述的石英坩祸，其特征在于，所述第二透明部的气泡含量低于3个/立方毫米。4.根据权利要求1所述的石英坩祸，其特征在于，所述气泡部的厚度范围为3毫米至10毫米。5.根据权利要求4所述的石英坩祸，其特征在于，所述透明部的厚度的范围为3毫米至8毫米。6.根据权利要求5所述的石英坩祸，其特征在于，所述第一透明部的厚度为I毫米。
【专利摘要】本申请公开了一种石英坩埚，包括：位于最外侧的气泡部；位于所述气泡部内侧的透明部；所述透明部包括位于最内侧的第一透明部和位于所述气泡部和所述第一透明部之间的第二透明部；其中，所述第二透明部的气泡含量少于所述第一透明部的气泡含量。本申请提供的上述石英坩埚的透明部的气泡数量极少，在拉制单晶硅过程中，大大降低了气泡破裂的概率，避免气体或石英微粒进入熔融硅，有效提高长时间拉制单晶硅的稳定性和成晶率，保证高质量和高产率，降低单晶生产成本。
【IPC分类】C30B15/10
【公开号】CN204918839
【申请号】CN201520700715
【发明人】苏光都, 杨小刚, 王君伟, 李航, 齐平, 柴春龙
【申请人】江西中昱新材料科技有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月11日