中国粉体网讯  目前在用的石英坩埚通常有内外两层结构，内侧是气泡较少的透明层，外侧是气泡较多的非透明层。外侧气泡层的主要作用在于让热传输更加均匀。

气泡随着高温过程会长大、合并，有可能会导致内层石英剥落。另外，非晶态的石英坩埚在高温下会发生晶化，形成稳定的结晶态方石英。

晶体的方石英在熔硅的流动冲刷中，剥落进入到熔体，再流动到晶体生长前沿，就容易导致硅单晶体失去单晶结构，即俗称的长晶断线。

有研究发现，在石英坩埚内壁上涂上一层钡离子的化合物，可以促进石英坩埚内层的晶化。在《电子专用材料单晶硅生长用石英坩埚生产技术规范》（河北省地方标准）中，标明了主要的涂层原料有：氢氧化钡、碳酸钡；试剂纯度≥99.99%。

有分析认为，BaCO₃的掺杂，可以促进坩埚内壁形成微小致密的方石英结晶，这种致密的内壁结晶层不容易被硅熔体冲刷剥落，微小的颗粒即使有剥落，也更容易在高温熔体中熔化。由于钡在硅中的分凝系数极小，约2.25*10^-8，因此微量的掺钡并不会影响单晶硅少子寿命。

另外，利用坩埚涂层反应机理的研究，将坩埚表面的氢氧化钡涂层做得更牢固以减少硅液对坩埚表面的侵蚀，提高石英坩埚的使用寿命。

涂钡工艺

制作钡涂层，是涂层坩埚制作的核心工序，能保证坩埚使用过程中形成均匀的析晶层，提升坩埚的长晶性能。将氢氧化钡粉体溶于水，坩埚放入涂钡机内，氢氧化钡均匀喷涂于坩埚内表面。氢氧化钡极易与空气中的 CO₂反应生BaCO₃，坩埚表面的涂层即为BaCO₃。涂钡过程中无Ba离子产生，但 Ba(OH)₂溶液，BaCO₃沉淀都是对人体有危害的剧毒物质，操作过程需作好防护。

电弧法石英坩埚的工艺流程

石英坩埚涂层的研究现状

Xinming Huang等为了阐明直拉硅晶体生长用石英坩埚中Ba掺杂的影响，采用原位观察和差示扫描量热法研究了Si熔体与Ba掺杂石英玻璃界面的反应，发现当石英玻璃中Ba的浓度高于30 ppm时，Ba掺杂完全抑制了棕环的产生。

莫宇等研究了两种不同内涂层的石英坩埚，一种是内层为高纯合成石英砂的坩埚(SQC)，另一种是内层涂抹了碱土金属钡的离子溶液的天然石英砂的坩埚(NQC)。使用两种石英坩埚长时间生长大直径(350mm)单晶后，通过金相显微镜对两种石英坩埚表面形态进行了观察，并使用粗糙度测试仪对其粗糙度进行了测试，同时使用ICP-MS测试了生长出的晶体的金属浓度。结果表明，使用NQC有较多杂质颗粒进入到硅熔体中对单晶的无位错生长和单晶质量造成了影响，而使用SQC可减少此现象。

Hansen等提出了坩埚内涂碱土金属(如Ba)的离子溶液，可以改进坩埚质量，有利于单晶生长。

Tomzig等论述生长300mm高质量单晶的困难，其中提到了使用内合成石英坩埚可能提供更高的寿命。内涂钡石英坩埚目前广泛用于较小尺寸直径单晶的生长,而合成坩埚被国外厂家普遍使用于大尺寸单晶生长。由于国内大尺寸单晶生长技术发展缓慢，大尺寸合成石英坩埚制备困难，对合成石英坩埚的深入研究也较少。

资料来源：

[1]晶格半导体

[2]石星宇：连续拉晶下石英坩埚内气泡变化规律及晶棒的性能研究

（中国粉体网编辑整理/平安）

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