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、耐化學性好、抗震性好等特點，是生產單晶硅棒的必要耗材。

從外形上看，石英坩堝為半透明狀，有內外兩層結構，由外向內品質要求提升。

石英坩堝結構圖

內層是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，結構均勻致密，以增強坩堝的強度，并且降低內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，稱為氣泡復合層，這樣的結構使得坩堝受熱均勻，保溫效果好。

從結構上看，由于各家坩堝廠商技術、配方方案各不相同，內外層質量配比不完全相等，內層砂占比通常在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)標準適用于用高純石英砂做原料，采用電弧法工藝生產，應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石英坩堝（T級）和半導體級石英坩堝（B級）。對于石英坩堝的雜質元素含量要求如下：

單晶硅生長用石英坩堝的雜質元素含量要求（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，雜質成分高會影響坩堝的耐溫性，還會出現(xiàn)氣泡、色斑、脫皮等現(xiàn)象，嚴重影響石英坩堝的質量。

1、純度

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

2、粒度分布

石英坩堝內層對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量分數(shù)應大于或等于90%。而石英坩堝外層的粒度分布要求相對較低。

3、氣液包裹體

石英坩堝內層對高純石英砂的氣液包裹體含量要求更嚴格，要求控制在較低水平。

4、雜質含量

根據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會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，同時內層砂雜質含量要求比外層低。另外，雜質元素中對鋁的含量不能過低，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越低。

《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2018年版）》明確提出半導體級電弧石英坩堝，規(guī)格：14~24寸；內層純度：所有金屬雜質含量＜12ppm；強度：1500度高溫變形率＜2%；壽命可達200小時。

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，以保證坩堝內涂層的穩(wěn)定性和質量。

綜上所述，石英坩堝內、外層對高純度石英砂的具體不同要求指標主要是為了滿足不同層面的使用需求，保證石英坩堝的質量和穩(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石英坩堝氣泡檢測方法*》

《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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