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石英坩埚在拉单晶中出现的现象及其分析

发布时间:2018-05-31  浏览:1273次  字号:  

 1.石英坩埚使用后壁上出现棕色小圈
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现象:在锅壁上出现棕色小圈。
解释:石英坩埚本身是非晶质,石英坩埚本身是非晶质的介态能,在适当的条件下他会发生相变化而形成稳定的方石英结晶态。方石英结晶态的形成包括成核与成长二个阶段,成核通常发生在石英坩埚壁上的结构缺陷或杂质(特别是一些碱性金属或重金属)。初期的方石英结晶为球状,进一步的成长则是沿着坩埚壁成树枝状往侧向发展,这是因为石英坩埚与溶液的反应时的垂直方向的成长受到抑制之故。在方石英结晶与非晶质石英坩埚壁之间通常夹杂着一层硅溶液,而在方石英结晶的边缘,通常覆盖着棕色的sio气泡。Sio气体为棕色,棕色的小圈是sio的结晶。根本原因在于坩埚壁上的杂质或者硅料清洗不干净所带来的酸碱或重金属残留,使坩埚在高温下不稳定,造成上诉现象。
注:一氧化硅(sio)的物理化学性质
Sio:黑棕色至黄土色无定形粉末。熔点>1702℃。沸点1880℃,由纯度99.5%的二氧化硅粉末与煤沥青粉末(或硅粉)以C/SiO2=1.3或Si/SiO2=1.2配比混合,放入电加热的真空炉,注入非氧化性气体(如氩、氢等气体),高温反应,制得超细(0.1/μm以下)无定形氧化硅。一般它可由[url=http://zh.wikipedia.org/zh-cn/&nAe+%1F%3Ei]二氧化硅在高温下与纯硅作用后迅速冷却制得:SiO2+ Si → 2SiO
Sio是si与sio2在真空条件下加热生成的产物,在引晶的时候硅液表面有一层棕色的烟环绕,此为sio。
解决途径: 1.硅料的清洗需要保证无酸碱残留或重金属
 
2.坩埚本身的质量过关
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3.改进工艺,使用涂层或喷涂坩埚。
2.石英坩埚的析晶
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 (y% @0 |8 @6 o r/ q& s6 E
~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。
3.石英坩埚的变形
现象:石英坩埚使用后变形
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