中國粉體網(wǎng)訊  石英坩堝具有高純度、耐溫性強、尺寸大精度高、保溫性好等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛，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過程中，石英坩堝成為了不可替代的關(guān)鍵部件！

一般來講，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，目前主流硅片已達到300mm，400mm單晶硅也已研發(fā)成功，產(chǎn)業(yè)化指日可待，同時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)基本都是通過直拉(CZ)法生產(chǎn)的，生長如此大尺寸的硅晶體需要更多的時間和更多的資源，因此，提高每爐次硅晶體生長成功率是非常重要的。在直拉硅晶體生長過程中，由于各種原因，無位錯單晶生長會失敗，從而造成很大的資源和時間損失。無位錯單品生長失敗有多種原因，在目前直拉硅單晶爐及其熱場設(shè)計都很穩(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時釋放微小方石英顆粒被普遍認為是導致大直徑無位錯直拉晶體生長失敗的主要原因之一。

換句話說，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，對大直徑單晶硅質(zhì)量要求的不斷提高，對半導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、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)運等。

在太陽能電池用多晶硅鑄錠方面

太陽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，而且對原料要求相對較低，因此是產(chǎn)業(yè)化比率最高的材料。

太陽能電池的主要分類

石英陶瓷坩堝是太陽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、長晶，然后用來制造太陽能電池的多晶硅硅錠。由于其使用條件十分苛刻，對坩堝的純度、強度、外觀及內(nèi)在質(zhì)量、高溫性能、尺寸精度等都有十分嚴格的要求。

國內(nèi)外學者對其制備過程有著大量的研究成果，如不同的保溫時間、成型方法、添加劑、顆粒級配等生產(chǎn)要素對于坩堝燒結(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)強度，以減少坩堝在高溫下破裂的風險。根據(jù)SiO₂晶相轉(zhuǎn)變條件可知，在燒結(jié)過程中，熔融石英在高溫下會析出β-方石英，在降溫過程中約270℃時，β-方石英會轉(zhuǎn)變?yōu)棣?方石英，這一過程體積約減小2.8%，會破壞熔融石英坩堝的結(jié)構(gòu)，使其報廢或增加鑄錠(使用)過程中的漏硅(坩堝破裂，硅液溢流)幾率。故燒結(jié)過程中對α-方石英的析出量控制極為關(guān)鍵，一般通過調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度和保溫時間來實現(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，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源緊缺的問題日益顯現(xiàn)，在全球范圍內(nèi)掀起了一股開發(fā)利用太陽能的熱潮，太陽能產(chǎn)業(yè)每年以30%～40%的速度增長，從而帶動了多晶硅鑄錠爐的迅猛發(fā)展，對石英陶瓷坩堝的需求也與日俱增。

參考來源：

[1]劉金秋等.熔融石英坩堝在燒結(jié)和鑄錠過程中的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

[2]莫宇等.石英坩堝對大直徑直拉硅單晶生長的影響

[3]劉學理.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)用進展

[5]張曉艷.熔融石英坩堝的制備及其析晶行為研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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