【原创】什么样的砂子，能生产石英坩埚？

中国粉体网讯  石英坩埚是以高纯石英为原料加工制备而成，具有热膨胀系数小、热绝缘性好、耐高温、耐化学性好、抗震性好等特点，是生产单晶硅棒的必要耗材。

从外形上看，石英坩埚为半透明状，有内外两层结构，由外向内品质要求提升。

石英坩埚结构图

内层是3-5mm的透明层，气泡较少分布稀疏，直径在10~100μm，称为气泡空乏层，结构均匀致密，以增强坩埚的强度，并且降低内表面的温度防止析晶。外层是不透明层，气泡较密集，且直径在50~100μm，称为气泡复合层，这样的结构使得坩埚受热均匀，保温效果好。

从结构上看，由于各家坩埚厂商技术、配方方案各不相同，内外层质量配比不完全相等，内层砂占比通常在30-40%左右。

石英坩埚双层气泡分布图

《单晶硅生长用石英坩埚》（JC/T 1048-2018）行业标准适用于用高纯石英砂做原料，采用电弧法工艺生产，应用于直拉法生长单晶硅材料的石英坩埚。其中分类，按用途分为太阳能级石英坩埚（T级）和半导体级石英坩埚（B级）。对于石英坩埚的杂质元素含量要求如下：

单晶硅生长用石英坩埚的杂质元素含量要求（单位：微克/克）

石英坩埚的核心原材料是石英砂。那么，什么样的砂子，能生产出来符合要求的石英坩埚呢？

据了解，石英坩埚使用的石英砂要求主要在于纯度、气液包裹体、粒度分布、一致性，杂质成分高会影响坩埚的耐温性，还会出现气泡、色斑、脱皮等现象，严重影响石英坩埚的质量。

1、纯度

石英坩埚内涂层对高纯石英砂纯度要求较高，纯度等级需要达到4N8（SiO2≥99.998%），且对气液包裹体、晶格杂质、稳定性也有较高要求，目前行业内层石英砂主要使用尤尼明、TQC产品。而石英坩埚外涂层、石英管、石英棒、石英舟和石英锭等产品达到4N5（SiO2≥99.995%）即可。

2、粒度分布

石英坩埚内层对高纯石英砂的粒度分布要求更均匀，一般要求粒径在0.1-0.3mm之间，且在该粒径范围的累积质量分数应大于或等于90%。而石英坩埚外层的粒度分布要求相对较低。

3、气液包裹体

石英坩埚内层对高纯石英砂的气液包裹体含量要求更严格，要求控制在较低水平。

4、杂质含量

根据中国电子材料行业协会2018年发布制定的《光伏单晶硅生长用石英坩埚》，要求锂、钠、钾三种元素之和不大于2微克每克，同时内层砂杂质含量要求比外层低。另外，杂质元素中对铝的含量不能过低，如果碱金属含量/铝含量比值越高，石英粘度越低，也意味着坩埚的熔点越低。

《重点新材料首批次应用示范指导目录（2018年版）》明确提出半导体级电弧石英坩埚，规格：14~24寸；内层纯度：所有金属杂质含量＜12ppm；强度：1500度高温变形率＜2%；寿命可达200小时。

5、抗析晶性

石英坩埚使用的石英砂要求在高温下不易析出晶体，以保证坩埚的质量和稳定性。

6、透明度

石英坩埚使用的石英砂要求在高温下不易变黄，以保证坩埚内涂层的稳定性和质量。

综上所述，石英坩埚内、外层对高纯度石英砂的具体不同要求指标主要是为了满足不同层面的使用需求，保证石英坩埚的质量和稳定性，以及在使用过程中能够耐温、抗析晶等。

参考来源： 

赵谦《基于深度融合的全自动石英坩埚气泡检测方法*》

《光伏单晶硅生长用石英坩埚》

中国粉体网等

（中国粉体网编辑整理/星耀）

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