Crisol de cuarzo fundido de alta pureza para extracción de monocristal

Actualmente, el silicio monocristalino se produce utilizando silicio policristalino como materia prima y el método Czochralski. En la producción de silicio monocristalino, elcuarzoEl crisol es un material fundamental para fundir el silicio y el crecimiento de cristales, y tiene un impacto directo y significativo en el costo de producción y la calidad del producto del silicio monocristalino.

Elcrisol de cuarzoes un componente clave del horno monocristalino de Czochralski. La etapa de preparación del monocristal determina parámetros técnicos como el diámetro, la orientación del cristal, el tipo de conductividad de dopaje, el rango y distribución de resistividad, la concentración de oxígeno y carbono, la vida útil de los portadores minoritarios y los defectos de la red del material de silicio. Los microdefectos, la concentración de oxígeno, las impurezas metálicas y la uniformidad de la concentración del portador deben controlarse dentro de un cierto rango. En el proceso de monocristal de Czochralski, el crisol de cuarzo debe soportar altas temperaturas por encima del punto de fusión del silicio (1420°C). Los crisoles de cuarzo son en su mayoría semitransparentes y están compuestos de múltiples capas. La capa exterior es una región con alta densidad de burbujas, llamada capa compuesta de burbujas; la capa interior es una capa transparente de 3 a 5 mm, llamada capa sin burbujas. La presencia de la capa sin burbujas reduce la densidad del crisol en el área en contacto con la solución, mejorando así el crecimiento monocristalino.

Desde una perspectiva de calidad, la capa interna del crisol de cuarzo, debido al contacto directo con el silicio fundido, se disuelve continuamente en el silicio fundido durante el proceso de extracción del cristal.  Las microburbujas de la capa transparente del crisol crecen y se rompen continuamente, liberando partículas de cuarzo y microburbujas en el silicio fundido. Estas impurezas, en forma de micropartículas y microburbujas, son transportadas por todo el silicio fundido por el flujo de líquido de silicio, afectando directamente la cristalización del silicio y la calidad del monocristal.

Desde una perspectiva de costos,crisoles de cuarzotienen una fuerte característica de consumible en la cadena industrial del silicio monocristalino, y el uso del método continuo de Czochralski también impone mayores exigencias a la vida útil del crisol de cuarzo. La alta pureza y la resistencia a altas temperaturas del crisol de cuarzo brindan una garantía de extracción y calidad del monocristal. Según los requisitos de pureza de las obleas de silicio monocristalino, el crisol de cuarzo se desecha después de uno o varios ciclos de calentamiento y extracción de cristales y debe reemplazarse periódicamente, lo que lo convierte en un artículo consumible.

Además, si elcrisol de cuarzoSi hay problemas de calidad durante el proceso de extracción del cristal, se desechará toda la varilla de silicio monocristalino. Los crisoles de cuarzo se fabrican principalmente mediante el método de arco eléctrico, con arena de cuarzo de alta pureza como materia prima central. La pureza de la arena de cuarzo es un factor crucial que afecta la calidad del crisol de cuarzo. El crisol de cuarzo tiene una estructura de dos capas: la capa exterior es una región de alta densidad, llamada capa compuesta de burbujas; la capa interior es una capa transparente de 3 a 5 mm, llamada capa sin burbujas.

La presencia de la capa interna, la capa sin burbujas, reduce la densidad de las burbujas en el área donde el crisol hace contacto con la solución. Cuanto menor sea la pureza de la arena de cuarzo, más probabilidades habrá de que se produzcan manchas negras y burbujas durante el proceso de fusión a alta temperatura. Cuando se utiliza arena como capa interna, la exposición prolongada a altas temperaturas hace que se liberen las burbujas contenidas en la pared interna del crisol de cuarzo, lo que afecta la estabilidad y la tasa de éxito de la producción de obleas de silicio monocristalino. Por lo tanto, la arena de la capa interna requiere arena de cuarzo de mayor pureza, lo que resulta en un precio más alto. Además, la arena de cuarzo utilizada para los crisoles tiene requisitos específicos para diferentes niveles de impurezas. Por ejemplo, las impurezas excesivas de metales alcalinos pueden causar cristalización en el crisol, lo que lleva a opacificación y deformación, mientras que el contenido excesivo de hidroxilo puede causar ampollas en el crisol.

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