中國粉體網(wǎng)訊  石英坩堝是以高純石英為原料加工制備而成，具有熱膨脹系數(shù)小、熱絕緣性好、耐高溫、耐化學(xué)性好、抗震性好等特點(diǎn)，是生產(chǎn)單晶硅棒的必要耗材。

從外形上看，石英坩堝為半透明狀，有內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)品質(zhì)要求提升。

石英坩堝結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)層是3-5mm的透明層，氣泡較少分布稀疏，直徑在10~100μm，稱為氣泡空乏層，結(jié)構(gòu)均勻致密，以增強(qiáng)坩堝的強(qiáng)度，并且降低內(nèi)表面的溫度防止析晶。外層是不透明層，氣泡較密集，且直徑在50~100μm，稱為氣泡復(fù)合層，這樣的結(jié)構(gòu)使得坩堝受熱均勻，保溫效果好。

從結(jié)構(gòu)上看，由于各家坩堝廠商技術(shù)、配方方案各不相同，內(nèi)外層質(zhì)量配比不完全相等，內(nèi)層砂占比通常在30-40%左右。

石英坩堝雙層氣泡分布圖

《單晶硅生長用石英坩堝》（JC/T 1048-2018）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)適用于用高純石英砂做原料，采用電弧法工藝生產(chǎn)，應(yīng)用于直拉法生長單晶硅材料的石英坩堝。其中分類，按用途分為太陽能級(jí)石英坩堝（T級(jí)）和半導(dǎo)體級(jí)石英坩堝（B級(jí)）。對(duì)于石英坩堝的雜質(zhì)元素含量要求如下：

單晶硅生長用石英坩堝的雜質(zhì)元素含量要求（單位：微克/克）

石英坩堝的核心原材料是石英砂。那么，什么樣的砂子，能生產(chǎn)出來符合要求的石英坩堝呢？

據(jù)了解，石英坩堝使用的石英砂要求主要在于純度、氣液包裹體、粒度分布、一致性，雜質(zhì)成分高會(huì)影響坩堝的耐溫性，還會(huì)出現(xiàn)氣泡、色斑、脫皮等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響石英坩堝的質(zhì)量。

1、純度

石英坩堝內(nèi)涂層對(duì)高純石英砂純度要求較高，純度等級(jí)需要達(dá)到4N8（SiO2≥99.998%），且對(duì)氣液包裹體、晶格雜質(zhì)、穩(wěn)定性也有較高要求，目前行業(yè)內(nèi)層石英砂主要使用尤尼明、TQC產(chǎn)品。而石英坩堝外涂層、石英管、石英棒、石英舟和石英錠等產(chǎn)品達(dá)到4N5（SiO2≥99.995%）即可。

2、粒度分布

石英坩堝內(nèi)層對(duì)高純石英砂的粒度分布要求更均勻，一般要求粒徑在0.1-0.3mm之間，且在該粒徑范圍的累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于或等于90%。而石英坩堝外層的粒度分布要求相對(duì)較低。

3、氣液包裹體

石英坩堝內(nèi)層對(duì)高純石英砂的氣液包裹體含量要求更嚴(yán)格，要求控制在較低水平。

4、雜質(zhì)含量

根據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)2018年發(fā)布制定的《光伏單晶硅生長用石英坩堝》，要求鋰、鈉、鉀三種元素之和不大于2微克每克，同時(shí)內(nèi)層砂雜質(zhì)含量要求比外層低。另外，雜質(zhì)元素中對(duì)鋁的含量不能過低，如果堿金屬含量/鋁含量比值越高，石英粘度越低，也意味著坩堝的熔點(diǎn)越低。

《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2018年版）》明確提出半導(dǎo)體級(jí)電弧石英坩堝，規(guī)格：14~24寸；內(nèi)層純度：所有金屬雜質(zhì)含量＜12ppm；強(qiáng)度：1500度高溫變形率＜2%；壽命可達(dá)200小時(shí)。

5、抗析晶性

石英坩堝使用的石英砂要求在高溫下不易析出晶體，以保證坩堝的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

6、透明度

石英坩堝使用的石英砂要求在高溫下不易變黃，以保證坩堝內(nèi)涂層的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

綜上所述，石英坩堝內(nèi)、外層對(duì)高純度石英砂的具體不同要求指標(biāo)主要是為了滿足不同層面的使用需求，保證石英坩堝的質(zhì)量和穩(wěn)定性，以及在使用過程中能夠耐溫、抗析晶等。

參考來源： 

趙謙《基于深度融合的全自動(dòng)石英坩堝氣泡檢測(cè)方法*》

《光伏單晶硅生長用石英坩堝》

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（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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