石英坩埚制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种石英坩埚，包括坩埚主体，坩埚主体包括坩埚内壁、坩埚外壁以及坩埚底壁。坩埚内壁的底部具有通孔；在坩埚主体与硅熔液接触面上涂覆有保护涂层。上述石英坩埚，在坩埚内壁以及坩埚外壁之间形成持续注入固态或液态硅料的环形加液区。与传统技术相比，固态或液态硅料能够在环形加液区内进行温度混合以及流速缓冲，从而减少了硅熔液对晶体生长环境的温度扰动，提高了长晶质量。在坩埚主体上涂覆的保护涂层，能够减少石英由于“析晶”现象对坩埚主体的破坏，有效阻止了硅熔液与坩埚主体发生反应的几率，在提高石英坩埚的使用寿命的同时，也提高了单晶硅的纯度。此外，还揭示了石英坩埚的制备方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
石英坩埚
本技术涉及单晶硅制造
，特别是涉及石英坩埚。
技术介绍
伴随着工业现代化水平的提升，以及人们日益对周边环境污染问题的重视，一些传统的能源正逐步被新兴的绿色能源所取代。在这些绿色能源中，太阳能电池以其无污染、可再生的优势已经逐渐在全球范围内得到迅速的发展。根据太阳能电池所用材料的不同，其可分为:晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、聚光太阳能电池等。其中，晶体硅太阳电池的发展最为成熟，目前已经占据市场的90%左右的份额。晶体硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池两种。其中，单晶硅电池由于其长晶成本较高，仅占据市场的18%左右的份额，明显低于多晶硅电池的市场份额。目前单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后在石英坩埚内用直拉法从固态或液态硅料熔体中生长出棒状单晶硅。降低长晶成本的有效方法是实现单晶硅的连续生长，并提高单晶硅的长晶质量。为了确保单晶硅在晶体生长过程中能够沿着确定的晶向生长，不会产生位错等破坏单晶完整性的缺陷，单晶硅周边的生长环境需要精确控制在一定的温度。单晶硅的连续长晶过程中需要在石英坩埚内实现。传统的石英坩埚，在单晶硅连续长晶的过程中，固态或液态硅料会不断补充到石英坩埚内时，会对长晶的固液界面温度造成扰动，从而破坏单晶硅的长晶质量。此外，石英坩埚中的石英材质属于二氧化硅单一成分的非晶态，在适当的条件下会发生相变而形成稳定的方石英，这种现象称之为“析晶”，析晶通常在坩埚内壁发生，高温下硅熔液直接补充到石英坩埚内时，会产生析晶现象从而侵蚀石英坩埚的内壁，导致其使用寿命较短，进而间接影响单晶硅连续长晶的过程。技术内容基于此，提供一种能够提高单晶硅连续长晶质量且使用寿命高的石英坩埚及其制备方法。一种石英坩埚，包括坩埚主体，所述坩埚主体包括坩埚内壁、全部或部分包容所述坩埚内壁的坩埚外壁以及坩埚底壁；所述坩埚内壁与所述坩埚外壁设置在所述坩埚底壁上，所述坩埚外壁与所述坩埚内壁之间保持一段距离，所述坩埚内壁的底部具有通孔。在其中一个实施例中，所述石英坩埚还包括涂覆在所述坩埚主体上的保护涂层；所述坩埚内壁具有相对设置的第一内侧壁面以及第一外侧壁面，所述坩埚外壁具有相对设置的第二内侧壁面以及第二外侧壁面，所述坩埚底壁具有顶面；所述保护涂层涂覆在所述第一内侧壁面、所述第一外侧壁面、所述第二内侧壁面以及所述顶面上。在其中一个实施例中，所述坩埚底壁的壁面为弧面。在其中一个实施例中，所述坩埚内壁的高度大于或等于所述坩埚外壁的高度。在其中一个实施例中，所述保护涂层的材质为碳化硅、氮化硅或氧化锆。在其中一个实施例中，所述保护涂层的厚度为ΙΟΟμπι?2000μπι。在其中一个实施例中，所述通孔为数个，各个所述通孔均匀设置在所述坩埚内壁的底部。在其中一个实施例中，所述坩埚内壁具有与所述顶面连接的内壁底面，所述内壁底面向远离所述顶面的方向凹陷有所述通孔。在其中一个实施例中，所述通孔的形状为长方形、正方形、圆形、拱形或月牙形。上述坩埚主体，具有坩埚内壁以及坩埚外壁双层结构，固态或液态硅料在坩埚内壁以及坩埚外壁之间的隔层内经过温度缓冲后补充到坩埚内壁所围成的单晶硅连续长晶区域内，减少了硅熔液对单晶硅周边的生长环境造成温度扰动的影响，提高了单晶硅的长晶质量。在坩埚主体上涂覆有保护涂层，有效防止石英坩埚主体的“析晶”现象，从而提高石英坩埚的使用寿命。【附图说明】图1为石英坩埚的三维结构示意图；图2为石英坩埚的主剖视图。其中，具体元件对应编号如下:100、石英坩埚；110、坩埚内壁；111、通孔；112、第一内侧壁面；113、第一外侧壁面；114、内壁底面；120、坩埚外壁；121、第二内侧壁面；122、第二外侧壁面；130、坩埚底壁；131、顶面；140、环形加液区；150、晶体生长区。【具体实施方式】图1及图2揭示了本实施方式的石英坩埚100。石英坩埚100包括坩埚主体以及涂覆在坩埚主体上的保护涂层。坩埚主体包括坩埚内壁110、全部或部分包容坩埚内壁110的坩埚外壁120以及坩埚底壁130。坩埚内壁110与坩埚外壁120共同设置在坩埚底壁130上，坩埚外壁120与坩埚内壁110之间保持一段距离，并形成环形加液区140，高温的固态或液态硅料持续注入该环形加液区140内并与原有的硅熔液充分混合。坩埚内壁110所包围的区域为持续生长单晶硅晶体的晶体生长区150。[0021 ] 在坩埚内壁110的底部设置有通孔111，注入环形加液区140内的固态或液态硅料在环形加液区140内经过温度混合以及流速缓冲后平稳的通过通孔111并流入到晶体生长区150内。为了保证环形加液区140内的硅熔液能够均匀流入晶体生长区150内，本实施方式中的通孔111可以大于I个，且均匀的设置在坩埚内壁110的底部。本实施方式中具有坩埚内壁110以及坩埚外壁120双层结构的石英坩埚100，在晶体生长过程中，将固态或液态硅料首先注入到环形加液区140内进行稳定混合熔融以及流速缓冲后，通过均匀设置在坩埚内壁110底部的数个通孔111，从而将硅熔液均匀平稳的导入到晶体生长区150内，从而避免了硅熔液对单晶硅的温度扰动，并将位于晶体生长区150内的单晶硅周边的生长环境精确控制在一定的长晶温度内。从而使单晶硅在没有温度扰动的生长环境中具有更高的单向性，提高了单晶硅的长晶质量。请参图2，坩埚内壁110具有与底壁130连接的内壁底面114，内壁底面114向远离底壁130的方向凹陷有通孔111。注入到环形加液区140内的高温的固态或液态硅料与原有的硅熔液之间的温度充分混合后通过通孔111流入晶体生长区150内。在其他实施方式中，通孔111的底部可以设置在距离坩埚底壁130—定高度的位置上，采用这种结构能够确保注入到环形加液区140内的高温的固态或液态硅料与原有的硅熔液之间的温度充分混合，并经过底部沉淀后再流入晶体生长区150内，从而使单晶硅周边的生长环境不会受到温度的扰动。为了确保环形加液区140内的硅熔液流入通孔111时能够保持平稳流速，通孔111还可以为长方形、正方形、圆形、拱形或月牙形等形状。为了防止注入环形加液区140内的固态或液态硅料会溢进晶体生长区150。本实施方式中所设计的坩埚内壁110的高度不低于坩埚外壁120的高度，即坩埚内壁110的高度可以与坩埚外壁120的高度相当，也可以高于坩埚外壁120的高度。此外，坩埚底壁130的壁面可以为平面或弧面。在本实施方式中，坩埚底壁130的壁面被加工成弧面，坩埚底壁130与坩埚外壁120在连接处采用弧面光滑过渡。这种结构能够使坩埚底壁130与坩埚外壁120的接缝处具有较小的应力集中，从而增强了坩埚主体的耐热强度，提高了坩埚主体的使用寿命。由于坩埚主体的主要材质为石英，石英是二氧化硅单一成分的非晶态，其在一定的温度范围内会发生相变而形成固态的方石英，这种现象称之为“析晶”。石英析晶时必须考虑两个参数:晶核的形成速度以及晶核的生长速度。其中，石英晶核形成速度是指在单位时间内石英熔体中增加的新晶核的数量；而石英晶核生长速度是指在单位时间内晶体的线生长数量。石英处在不同温度下，其晶核形成速度和结晶的增长速度是各不相同的。由于高温的硅熔液存储在环形加液区140内，当硅熔液的温度高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英坩埚，其特征在于，包括坩埚主体，所述坩埚主体包括坩埚内壁、全部或部分包容所述坩埚内壁的坩埚外壁以及坩埚底壁；所述坩埚内壁与所述坩埚外壁设置在所述坩埚底壁上，所述坩埚外壁与所述坩埚内壁之间保持一段距离，所述坩埚内壁的底部具有通孔；还包括涂覆在所述坩埚主体上的保护涂层；所述坩埚内壁具有相对设置的第一内侧壁面以及第一外侧壁面，所述坩埚外壁具有相对设置的第二内侧壁面以及第二外侧壁面，所述坩埚底壁具有顶面；所述保护涂层涂覆在所述第一内侧壁面、所述第一外侧壁面、所述第二内侧壁面以及所述顶面上。

【技术特征摘要】
1.一种石英坩埚，其特征在于，包括坩埚主体，所述坩埚主体包括坩埚内壁、全部或部分包容所述坩埚内壁的坩埚外壁以及坩埚底壁；所述坩埚内壁与所述坩埚外壁设置在所述坩埚底壁上，所述坩埚外壁与所述坩埚内壁之间保持一段距离，所述坩埚内壁的底部具有通孔；还包括涂覆在所述坩埚主体上的保护涂层；所述坩埚内壁具有相对设置的第一内侧壁面以及第一外侧壁面，所述坩埚外壁具有相对设置的第二内侧壁面以及第二外侧壁面，所述坩埚底壁具有顶面；所述保护涂层涂覆在所述第一内侧壁面、所述第一外侧壁面、所述第二内侧壁面以及所述顶面上。2.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述坩埚底壁的壁面为弧面。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，伍耀川，何钊煊，孙前颂，潘守明，
申请(专利权)人：徐州协鑫太阳能材料有限公司，
类型：实用新型
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