[发明专利]高良品率加厚型单晶石英坩埚及其制备工艺

说明书

本发明公开了高良品率加厚型单晶石英坩埚，包括坩埚本体和涂覆于坩埚本体内壁的碳化硅涂层与氮化硅涂层，所述坩埚本体包括以下原料：高纯石英砂、粘接剂、偶联剂、填料，所述高纯石英砂是含有以下掺杂元素的二氧化硅材料：铝、硼、钙、铬、铁、锂、镁、钒、镍、钪、钨。本发明将高纯石英砂与粘接剂、填料和偶联剂进行混合得到的石英坩埚具有较好的粘度，粘接剂能够对高纯石英砂进行改性处理，使得石英砂的表面孔隙增加与填料和偶联剂进行混合，然后经过烧结处理后能够使得石英砂的表面得到较好的粗化效果，石英坩埚的粘度效果更好，所以石英坩埚的抗变形效果更好，具有一定抗析晶的特性，从而能够提高单晶硅生产时的成品率。

技术领域

本发明涉及石英坩埚技术领域，具体为高良品率加厚型单晶石英坩埚及其制备工艺。

背景技术

石英坩埚是生产单晶硅必不可少原料，把原料多晶硅晶块放入石英坩埚内，在单晶炉中加热熔化，在熔融硅液中加入晶种，之后熔融硅液中的硅原子顺着晶种进行排列成规则的结晶，成为单晶体。石英砂坩埚大多是采用石英砂制备，石英砂锅在高温条件下具有趋向形成二氧化硅的晶体，该过程被认为是析晶，过多的析晶现象对单晶硅额成品质量产生很大的影响，当石英坩埚内壁放生析晶时很有可能会破坏坩埚内部保护涂层，导致部分颗粒状氧化硅进入熔硅中，使得晶体结构发生变异而导致晶体长晶失败。化合物单晶结晶在成型的过程中用的石英坩埚，一般要求其变形率极低，如石英坩埚在使用过程中变形率大，将导致单晶炉涨裂，整炉单晶结晶失败，单晶结晶的成品率下降。

普通正常石英坩埚在1600℃左右的工作温度条件下常由于黏度的降低导致无法维持其固有形状，比如产生局部鼓包、弯曲等各种变形问题，造成硅单晶拉制过程受到很大影响，最终导致大幅降低硅单晶生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供高良品率加厚型单晶石英坩埚及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：高良品率加厚型单晶石英坩埚，包括坩埚本体和涂覆于坩埚本体内壁的碳化硅涂层与氮化硅涂层，所述坩埚本体包括以下重量份的原料：高纯石英砂90-95份、粘接剂1-3份、偶联剂1-3份、填料1-5份，所述高纯石英砂是含有以下掺杂元素的二氧化硅材料：铝6-9ppm、硼＜0.10ppm、钙0.2-0.6ppm、铬＜0.01ppm、铁0.1-0.3ppm、锂0.2-0.4ppm、镁0.01-0.03ppm、钒0.1-0.3ppm、镍＜0.01ppm、钪0.2-0.6ppm、钨20-50ppm。

在一种优选的实施方式中，所述碳化硅涂层的厚度为0.05-2.5mm，所述碳化硅涂层包括碳化硅、二氧化硅和纳米氧化硅液体，且所述碳化硅、二氧化硅和纳米氧化硅液体的重量比为1：(0.4-0.8)：(0.1-0.3)。

在一种优选的实施方式中，所述氮化硅涂层的厚度为0.05-2.5mm，所述氮化硅涂层包括氮化硅、二氧化硅和碳化硅，且所述氮化硅、二氧化硅和碳化硅的重量比为1：(0.5-0.8)：(0.3-0.6)。

在一种优选的实施方式中，所述粘接剂为环氧树脂或酚醛树脂，所述偶联剂为3-(2，3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，所述填料为氮化硼、氧化锆和氮化钛的混合物，且所述氮化硼、氧化锆和氮化钛的质量比为1：(0.8-1.5)：(0.6-0.9)。

高良品率加厚型单晶石英坩埚的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一：称取高纯石英砂进行预处理，预处理完成后向高纯石英砂中加入氢氧化钨混合均匀后置于球磨机中进行球磨处理，球磨完成后进行过滤筛选得到混合粉体；

步骤二：向步骤一中得到的混合粉体中加入粘接剂、偶联剂和填料搅拌混合均匀后进行烧结处理得到混合物料；