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石英坩埚硅液溢流原因

   石英坩埚是多晶硅铸锭过程中使用的一种容器。多晶硅铸锭生产过程中常会遇到的各种异常情况,其中就包括了硅液溢流这个问题。硅液溢流的出现与坩埚有着密不可分的联系,我们通过以下的内容来了解一下这方面的内容,看有无好的解决办法:
  1.坩埚隐裂。用来盛放硅锭的坩埚为石英陶瓷材料,其制作方式有注浆成型和注凝成型两种方式,但不论哪种方式制作的坩埚,都会存在隐裂,气孔等缺陷,这些石英坩埚在出厂以前一般都会经历两道以上的采用显影液透光检查过程,但仍可能会有漏检的坩埚,另外坩埚在运输过程中或搬运过程中会遇到震动或磕碰,都会导致坩埚产生隐裂,如果这些缺陷在装料前没有检测到,很有可能在熔化过程中出现硅液溢流现象。因此,坩埚拆箱以后,在喷涂前应该严格检测,使用强光灯源对坩埚五个面透光检测是一种较为方便有效的方法。
  2.装料挤压。装料过程中,靠近坩埚边角的位置特别是四个竖棱角位置,如果有大块儿的硅料靠近坩埚,硅料之间特别注意需要留有一定空隙,一般以2cm以上最佳,一旦装料过挤,可能引发溢流产生。这是因为,硅料熔化从中上部开始,而硅的固体密度为2.33g/cm3,液体密度为2.53g/cm3。一旦装料过于拥挤,液体硅流到坩埚底部以后可能会因温度过冷而凝固,如果没有空间供其膨胀,会对坩埚壁产生挤压作用,导致坩埚破裂溢流。越是靠近边角的位置,应力越集中,越容易因装料不合理而溢流,溢流的部位实际上也往往出现在坩埚四个立棱处附近,硅锭脱模后仔细观察溢流位置对应坩埚内壁,经常会发现硅料挤压氮化硅涂层和坩埚内壁的痕迹。
  3.工艺参数不合理。铸锭工艺过程中,在加热及熔化初期,热场内部温度纵向梯度相对较大,坩埚中下部温度很长一段时间较低。而石英坩埚陶瓷材料在1300℃以上晶相转化速率较快,过高的加热功率或升温速度会导致坩埚在纵向上晶相转化速度相差较大,坩埚壁产生较大应力,长时间拉伸作用容易产生裂纹,从而引发溢流。因此,很多铸锭工艺会在1200℃左右保温一段时间,等待坩埚上下温度相对均匀后再继续升温,过大的温度梯度设置会极易引发溢流的产生。
  我们通过对这些异常情况的产生原因进行分析,提出了相应的预防和解决措施,如果各位石英坩埚用户在生产过程中遇到类似的问题,可以尝试使用文中的方法改善硅液溢流的问题,从而提高产品的生产质量。