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石英坩埚出现析晶的原因是什么?

2021-06-01 08:55:47

现象: 石英坩埚在高温下具有趋向变成二氧化硅的晶体(方石英)。这个过程称为再结晶,也称为“失透”,通常也称为“析晶”。

解释:析晶通常发生在石英坩埚的表层,按照中国石英玻璃行业标准规定,半导体工业用石英玻璃在1400℃±5℃下保温6小时,其析晶层的平均厚度应为﹤100µm ,在100µm之内的析晶是属于正常的。严重的析晶对拉单晶的影响很大,石英坩埚内壁发生析晶时有可能破换坩埚内壁原有的涂层,这将导致涂层下面的气泡层和熔硅发生反应,造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内,使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。析晶将减薄石英坩埚原有的厚度,降低了坩埚的强度容易引起石英坩埚的变形。

可能的原因:

1 石英坩埚受到沾污,在所有队石英坩埚的沾污中,碱金属离子钾(K)钠(Na)锂(Li)和碱土金属离子钙(Ca)镁(Mg)这些离子的存在是石英坩埚产生析晶的主要因素。

2 在操作过程中,因操作方法不当也会产生析晶如在防止石英坩埚和装填硅料的过程中,带入的汗水,口水,油污,尘埃等。

3 新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成石英坩埚外层析晶的主要原因。

4 用于拉晶的原料纯度低,所含杂质太多或清洗工艺存在问题。

5 熔料时温度过高,也将加重析晶的程度。

6 石英坩埚的生产,清洗,包装过程中受到沾污。

解决途径:

1 石英坩埚的生产厂商要保证其生产的坩埚从用料到生产的各个环节都符合质量要求。

2 在单晶生产的整个过程中应严格按照工艺规程认真操作。

3 拉晶所用的原料纯度一定要符合生产要求,如果原料本身所含杂质较多,在溶料过程中也会造成析晶。尤其是碱金属离子的存在,将会降低析晶温度200 

~300℃.

4 原料的清洗一定要符合工艺要求,进过酸或碱处理的原料如果未将酸碱残液冲洗彻底,易造成析晶。

5 新的石墨器件,如石墨坩埚因含有一定的灰粉和其它杂质,在投入使用前须经过彻底的高温煅烧才能使用。

6 熔料时应选用合适的熔料温度以减少析晶或降低析晶的程度。


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