氮化硅晶须增强石英坩埚及其制备方法技术

本申请涉及一种石英坩埚，其包括：包括石英砂和

【技术实现步骤摘要】
氮化硅晶须增强石英坩埚及其制备方法


[0001]本申请一种用于直拉单晶制造法中使用的氮化硅晶须增强石英坩埚及制备该氧化氮化硅晶须增强石英坩埚的方法
。

技术介绍

[0002]直拉法因工艺成熟，可拉出大直径硅棒，是目前采用最多的单晶硅棒生产方法
。
而在直拉法拉制单晶晶棒过程中，需要使用石英坩埚来熔炼硅料，而坩埚在拉晶过程中因为使用温度较高，寿命较为有限，仅能一次性使用，增加了企业生产成本
。
此外，坩埚在拉晶过程中还存在塌边现象，仅能停炉处理，降低了生产效率
。

技术实现思路

[0003]针对坩埚使用过程中的寿命与质量问题，目前直拉单晶制造法
(Cz
法
)
生产企业还没有增强石英坩埚的相关技术
。
申请人进行了大量的调研，显示专利
CN207385763U
中记载的方法主要是通过在制备多晶硅的陶瓷坩埚表面喷涂氮化硅涂层的方法来隔绝硅液和坩埚，防止脱模过程中对坩埚的损害
。
专利申请
CN115108816A
中记载的方法主要通过在坩埚中混入浆料，但是该方法难以与坩埚生产现有的工艺结合，且会引入大量其他金属与碳元素，对晶棒品质产生不良影响
。
[0004]针对上述本领域丞待解决的技术问题，本申请提出了一种直拉法拉晶用氧化氮化硅晶须增强石英坩埚，以及制备氧化氮化硅晶须增强石英坩埚的方法
。
[0005]本申请意在提供如下方案：r/>[0006]1.
一种石英坩埚，其包括：
[0007]包括石英砂和
β
‑
氮化硅晶须的内层；以及
[0008]包括石英砂的外层
。
[0009]2.
根据项1所述的石英坩埚，其中，
β
‑
氮化硅晶须为氧化
β
‑
氮化硅晶须，优选为在有氧气存在的气氛下或者原位氧反应的条件下由
β
‑
氮化硅晶须氧化形成的氧化
β
‑
氮化硅晶须
。
[0010]3.
根据项1或2所述的石英坩埚，其中，
[0011]β
‑
氮化硅晶须的平均直径为
0.01
‑
1.2
μ
m
，优选为
0.1
‑
0.6
μ
m
，或者
[0012]β
‑
氮化硅晶须的长径比为2‑
30
，优选为5‑
10。
[0013]4.
根据项1～3中任一项所述的石英坩埚，其中，
[0014]在石英坩埚中
β
‑
氮化硅晶须所占的质量比为1‑
10wt
％，优选为2‑
8wt
％
。
[0015]5.
根据项2～4中任一项所述的石英坩埚，其中，所述石英坩埚中存在
Si
‑
N
‑
O
的化学键
。
[0016]6.
根据项1～5中任一项所述的石英坩埚，其中，
[0017]所述外层包括第一外层和第二外层，所述第一外层位于所述内层和所述第二外层的中间；
℃/min
的条件下进行加热过程的升温和降温，进一步优选所述加热时间为
700℃
以上，加热时间为4小时以上
。
[0043]16.
根据项
10
～
15
中任一项所述的方法，其中，
[0044]在坩埚模具的内层加入普通石英砂以用于形成石英坩埚的外层的步骤包括先向坩埚模具的内层加入普通石英砂以用于形成石英坩埚的第一外层，然后再进一步加入普通石英砂以用于形成石英坩埚的第二外层
。
[0045]17.
根据项
16
所述的方法，其中，
[0046]内层的质量占石英坩埚的质量分数为
20
％
‑
40
％；
[0047]第一外层的质量占石英坩埚的质量分数为
20
％
‑
40
％；
[0048]第二外层的质量占石英坩埚的质量分数为
30
％
‑
50
％
。
[0049]18.
根据项
10
～
17
中任一项所述的方法，其中，
[0050]对坩埚模具进行烧结形成所述外层和内层的步骤包括：
[0051]将坩埚模具放置到烧制炉内，然后对烧制炉抽真空，并在
1600
度以上的温度下进行烧制
。
[0052]专利技术效果
[0053]本申请的石英坩埚的强度增强，使用寿命延长，实现降低企业生产成本，提升生产效率的效果
。
本申请通过选用一定长径比和
/
或平均直径的氮化硅
(
β
‑
Si3N4)
晶须承担载荷，有效地提升了复合陶瓷的强度；进一步本申请使用的氮化硅晶须经氧化处理后增强了晶须与二氧化硅基体相容性；本申请中的
β
‑
Si3N4起到物理隔离同时与氮化硅原位生成
Si
‑
N
‑
O
化学键抑制结晶；本申请选用高温热稳定性更好的
β
‑
氮化硅提高了石英坩埚的高温热稳定性；本申请的氮化硅与石英砂通过球磨混合均匀，增强氮化硅在石英砂内部的分散效果
。
本申请的石英坩埚在使用过程中产生的方石英含量最高降低了
82.3
％，显著增加了坩埚的使用寿命
。
附图说明
[0054]图1是本申请的
CZ
法单晶制造用石英坩埚模型的立体截面图；
[0055]图2是本申请的
CZ
法单晶制造用石英坩埚模型的平面截面图；
[0056]图3是本申请的
CZ
法单晶制造用石英坩埚模型的立体图
。
[0057]附图标记
[0058]1：内层；2：外层
。
具体实施方式
[0059]本申请的以下实施方式仅用来说明实现本申请的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本申请的限制
。
其他的任何在未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变
、
修饰
、
替代
、
组合
、
简化，均视为等效的置换方式，落在本申请的保护范围之内
。
[0060]下面将参照附图更详细地描述本申请的具体实施例
。
虽然附图中显示了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种石英坩埚，其包括：包括石英砂和
β
‑
氮化硅晶须的内层；以及包括石英砂的外层
。2.
根据权利要求1所述的石英坩埚，其中，
β
‑
氮化硅晶须为氧化
β
‑
氮化硅晶须，优选为在有氧气存在的气氛下或者原位氧反应的条件下由
β
‑
氮化硅晶须氧化形成的氧化
β
‑
氮化硅晶须
。3.
根据权利要求1或2所述的石英坩埚，其中，
β
‑
氮化硅晶须的平均直径为
0.01
‑
1.2
μ
m
，优选为
0.1
‑
0.6
μ
m
，或者
β
‑
氮化硅晶须的长径比为2‑
30
，优选为5‑
10。4.
根据权利要求1～3中任一项所述的石英坩埚，其中，在石英坩埚中
β
‑
氮化硅晶须所占的质量比为1‑
10wt
％，优选为2‑
8wt
％
。5.
根据权利要求2～4中任一项所述的石英坩埚，其中，所述石英坩埚中存在
Si
‑
N
‑
O
的化学键
。6.
根据权利要求1～5中任一项所述的石英坩埚，其中，所述外层包括第一外层和第二外层，所述第一外层位于所述内层和所述第二外层的中间；内层的质量占石英坩埚的质量分数为
20wt
％
‑
40wt
％；第一外层的质量占石英坩埚的质量分数为
20wt
％
‑
40wt
％；第二外层的质量占石英坩埚的质量分数为
30wt
％
‑
50wt
％
。7.
根据权利要求2～6中任一项所述的石英坩埚，其中，在所述氧化
β
‑
氮化硅晶须中氧含量所占的质量比为
5wt
％以上，优选为
5.2wt
％以上，进一步优选在内层中
β
‑
氮化硅晶须所占的质量比为5‑
30wt
％；优选为6‑
24wt
％
。8.
根据权利要求1～7中任一项所述的石英坩埚，其中，用于形成内层的石英砂中二氧化硅在石英砂中所占的质量分数大于
99wt
％，优选大于
99.9wt
％；用于形成外层的石英砂中二氧化硅在石英砂中所占的质量分数大于
90wt
％，优选
95wt
％
。9.
根据权利要求1～8中任一项所述的石英坩埚，其中，用于形成内层的石英砂和
β
‑
氮化硅晶须是经过球磨的石英砂和
β
‑
氮化硅晶须
。10.
一种制备石英坩埚的方法，其包括：在坩埚模具的内层加入普通石英砂以用于形成石英坩埚的外层；进一步向坩埚模具中加入混合好的
β
‑
氮化硅晶须与高纯石英砂以用于形成石英坩埚的内层；对坩埚模具进行烧结形成所述外层和内层；对烧结得到坩埚进行脱模得到石英坩埚
。11.
根据权利要求
10
所述的方法，其中，所述
β
‑
氮化硅晶须为氧化
β
‑
氮化硅晶须，优选为在有氧气存在的气氛下或...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵炜，韩伟，杜超，谢志宴，乔文沛，
申请(专利权)人：隆基绿能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：