[发明专利]一种低杂质的铸造多晶和铸锭单晶用免喷坩埚及其制备方法

说明书

一种低杂质的铸造多晶和铸锭单晶用免喷坩埚及其制备方法，在基体内表面对应液线以上区域涂覆有氮化硅涂层Ⅰ，对应硅液线以下区域及坩埚底部涂覆有氮化硅涂层Ⅱ。氮化硅涂层Ⅰ为四层结构，其基底层为硬质强化氮化硅涂层，中间为缓冲层，表面为硬质保护层。缓冲层的存在，使得硅液线区域可以更好的抵御坩埚的收缩。表面光滑硬质层可提供抵御硅液冲刷的能力，保证隔绝强度，中间缓冲层可减少坩埚收缩对表面硬质涂层的影响、最大限度减少表面涂层开裂情况，底部基体层提供了良好的涂层附着力。本发明侧重氮化硅涂层硬质技术，以此实现更少的粉底材料、减少硅锭杂质含量及减少硅锭位错等缺陷，大幅度改善硅锭脱模效果，减少硅锭粘埚现象。

技术领域

本发明涉及一种坩埚生产技术，特别是一种低杂质的铸造多晶和铸锭单晶用免喷坩埚及其制备方法。

背景技术

现有技术中，在坩埚硅液线预刷一层氮化硅涂层，再进行喷涂。此类技术工艺在市场上有一定的应用范围。该类技术对于降低粘埚有一定帮助，但是由于后制的涂层同样为喷涂氮化硅，涂层同样为颗粒堆垛，在使用过程中，同样会存在粉体颗粒剥落造成硅锭杂质含量增加的情况。

如申请号为：201610932533.2的《一种多晶硅铸锭用氮化硅涂层的制备方法》的专利申请，它同样采用预刷一层氮化硅涂层，再喷涂氮化硅，获得复合氮化硅涂层。可改善粘埚情况，但对于硅锭的杂质增加情况未作说明；

申请号为：201110397731.0的《多晶硅铸锭用的免烧结坩埚涂层结构及其制备方法》的专利申请，它包括：置于坩埚基底上的第一涂层，和置于该第一涂层上的第二涂层；所述第一涂层通过涂覆第一涂层组合物形成，所述第一涂层组合物由基于第一涂层组合物总重量的70-80％的溶剂和20-30％的粘结剂组成；所述第二涂层通过涂覆第二涂层组合物形成，所述第二涂层组合物含有基于第二涂层组合物总重量的14-20％的氮化硅、60-70％的溶剂和14-20％的粘结剂，且所述溶剂选自水或醇；所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或硅溶胶。该专利同样通过预先涂覆一层氮化硅涂层，获得好的隔绝效果，但其高温使用性能未作说明，高温强度的及涂层粉体剥落情况等。

现有技术的缺点分析：

由于高温下硅液液面会不断的晃动，对坩埚硅液线处的氮化硅涂层不断地冲刷侵蚀，氮化硅颗粒不断从涂层上剥离下来，造成硅液线区域的涂层厚度不断减薄。在氮化硅涂层厚度不足以起到隔绝坩埚和硅液的作用时，涂层便发生穿刺、剥落等现象，造成硅液粘附坩埚的情况，硅液结晶后，造成硅锭的粘埚的现象。

坩埚侧壁在高温下由于收缩会造成下沉，高度下沉量在3%-5%之间。侧壁的收缩下沉容易造成氮化硅与埚体的分离、涂层的褶皱开裂的情况，并进一步造成硅液渗入涂层与坩埚之间，发生粘连的情况。具体的原理机理是，坩埚的收缩与氮化硅涂层的收缩不匹配，从而引发分层或是褶皱。

常温下涂层的强度主要通过硅溶胶来粘连粉体，使涂层获得强度。但是，一方面考虑到硅锭的氧含量，硅溶胶量通常不宜大量引入，因此涂层的常温强度很有限。再者，现有主流的喷涂工艺，松散的颗粒堆垛方式获得的涂层，也较难提升涂层的硬度。

现有氮化硅涂层技术的缺点和不足的原因如下表：

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种高强度、低粘埚率的低杂质的铸造多晶和铸锭单晶用免喷坩埚。本发明还提出了一种该免喷坩埚的制备方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种低杂质的铸造多晶和铸锭单晶用免喷坩埚，包括坩埚基体或者高纯基体，其特点是：在基体内表面对应液线以上区域涂覆有氮化硅涂层Ⅰ，在基体内表面对应硅液线以下区域及坩埚底部涂覆有氮化硅涂层Ⅱ，所述氮化硅涂层Ⅱ为包括基底硬质层和表层保护层两层结构；所述的氮化硅涂层Ⅰ为包括基底硬质层、中间缓冲层、中间硬质层和表层保护层四层结构。