[发明专利]一种氧化铝的多晶坩埚及制备法

说明书

技术领域

本发明涉及一种坩埚，具体是一种氧化铝的多晶坩埚及制备法。

背景技术

单晶硅多用直拉法(CZ)制备，其工艺需用坩埚做盛装硅熔体的容器。过去，全世界无一例外，均采用电弧法熔制的石英玻璃坩埚，做拉制单晶硅盛硅熔体的容器。

石英玻璃坩埚的软化点远低于硅熔体的温度，故用石英玻璃做拉制单晶硅的坩埚高温时变形大，石英还易被熔硅浸蚀，故寿命不长。现多为一个坩埚拉两根单晶。

数十年来，一直有人企图用其它陶瓷坩埚代換石英玻璃坩埚。

但现有的陶瓷坩埚的材性不够好，不能同时满足多次拉晶的需要。

单晶、多晶、玻璃和陶瓷的坩埚因系脆性材料，其在热循环过种程中的破坏多为突然发生，即是配用现有的炭材防护埚帮，因尺寸不吻合，不易共同受力，也极难预防此突然产生的破裂。

现实的状况是：石英玻璃坩埚的历史悠久，制备技术十分成熟，产能庞大得过剩，单价己近触底，坩埚费用在整个成本中佔的比例己不算大；单晶硅要进一步降低成本，只有走连续拉晶这一条路。多年来，人们未找到石英坩埚的替代物，只好仅限在延长石英坩埚的寿命上努力；但是采用石英玻璃坩埚无法实现连续拉制单晶硅。

发明内容

本发明目的，是要解决采用现有石英玻璃坩埚时，因坩堝寿命短，导致无法连续拉制单晶硅；同时解决陶瓷等坩埚易碎等问题，从而提供一种长寿命、用于 生长单晶硅的坩埚及其制备方法。

本发明氧化铝的多晶坩埚，由熔融的氧化硅多晶埚坯和C/C增強层组成，所述的C/C增強层包覆在前述埚坯的外表面上；

所述埚坯的厚度为：1mm～30mm；优选厚度为5mm～15mm；

所述C/C增強层的厚度为1mm～15mm，优选厚度为3mm～5mm；

所述的熔融的氧化硅多晶埚坯，用现有的电弧法石英坩埚机制备；其步骤为：1、将氧化铝粉添加到坩埚的石墨模具的模腔中；2、转动模具；3、人工用成型棒将转动模具中的氧化铝粉摊成所需形状；4、将电弧加热用的放电极移入模具的模腔中；5、电极通电，起弧；6、电弧发出的辐射直接熔融氧化铝粉体；7、熔融的氧化铝在转动产生的离心力作用下，紧贴模腔壁；8、氧化铝粉体完全熔融后，逐渐停弧；9、氧化铝融熔体完全凝固后，模具停止转动；10、冷却后，从模腔中取出氧化铝埚坯；11、对埚坯退火，机械整形。

所述的C/C增強层，可在埚坯上敷设；也可先制备成C/C托盘，氧化铝多晶埚坯直接在托盘上成型。

本发明的优点：

一、本发明的坩埚，它的埚坯不用石英玻璃，也不选烧结成型、有孔的陶瓷材料；而采用不与熔硅反应，但与石英玻璃一样可以直接熔融成型、孔隙率为0的氧化铝多晶做埚坯。它与石英相比，氧化铝本身不与熔硅反应；它与陶瓷材料相比，其纯度可很高，且无因孔隙引起熔硅渗入而破坏的可能。加之埚坯的外侧有C/C增強层共同受力，防止开裂。用此坩埚做盛熔硅的容器，除不污染单晶外，寿命很长。

二、用石英玻璃坩埚机成型石英坩埚，是已有十分成熟的技术；利用此设备和技术，制备氧化铝多晶埚坯，除因原料的熔点高一些，需对工艺参数作调整外， 均可直接利用。

本坩埚含C/C增强层后，特别适用于多次直拉单晶硅的盛硅器。

具体实施

本发明的坩埚，由熔融的氧化硅多晶埚坯和C/C增強层组成，所述的C/C增強层包覆在前述埚坯的外表面上；

所述埚坯的厚度为：1mm～30mm；优选厚度为5mm～15mm；

所述C/C增強层的厚度为1mm～15mm，优选厚度为3mm～5mm；

所述的熔融的氧化硅多晶埚坯，用现有的电弧法石英坩埚机制备。其步骤为：1、将氧化铝粉添加到坩埚的石墨模具的模腔中；2、转动模具；3、人工用成型棒将转动模具中的氧化铝粉摊成所需形状；4、将电弧加热用的放电极移入模具的模腔中；5、电极通电，起弧；6、电弧发出的辐射直接熔融氧化铝粉体；7、熔融的氧化铝在转动产生的离心力作用下，紧贴模腔壁；8、氧化铝粉体完全熔融后，逐渐停弧；9、氧化铝融熔体完全凝固后，模具停止转动；10、冷却后，从模腔中取出氧化铝埚坯；11、对埚坯退火，机械整形。

所述的C/C增強层，可在埚坯上敷设；也可先制备成C/C托盘，氧化铝多晶埚坯直接在托盘上成型。

当坩埚直径较小，或在氧化气氛中使用时，可不另设C/C层。