什么樣的砂子，能生產(chǎn)石英坩堝？

石英坩堝是以高純石英為原料加工制備而成，具有熱膨脹系數(shù)小、熱絕緣性好、耐高溫、耐化學(xué)性好、抗震性好等特點，是生產(chǎn)單晶硅棒的必要耗材。 從外形上看，石英坩堝為半透明狀，有內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)品質(zhì)要求提升。

內(nèi)層是3-5mm的透明層，氣泡較少分布稀疏，直徑在10~100μm，稱為氣泡空乏層，結(jié)構(gòu)均勻致密，以增強坩堝的強度，并且降低內(nèi)表面的溫度防止析晶。外層是不透明層，氣泡較密集，且直徑在50~100μm，稱為氣泡復(fù)合層，這樣的結(jié)構(gòu)使得坩堝受熱均勻，保溫效果好。 從結(jié)構(gòu)上看，由于各家坩堝廠商技術(shù)、配方方案各不相同，內(nèi)外層質(zhì)量配比不完全相等，內(nèi)層砂占比通常在30-40%左右。

石英坩堝的核心原材料是石英砂。那么，什么樣的砂子，能生產(chǎn)出來符合要求的石英坩堝呢？ 據(jù)了解，石英坩堝使用的石英砂要求主要在于純度、氣液包裹體、粒度分布、一致性，雜質(zhì)成分高會影響坩堝的耐溫性，還會出現(xiàn)氣泡、色斑、脫皮等現(xiàn)象，嚴重影響石英坩堝的質(zhì)量。 1、純度 石英坩堝內(nèi)涂層對高純石英砂純度要求較高，純度等級需要達到4N8（SiO2≥99.998%），且對氣液包裹體、晶格雜質(zhì)、穩(wěn)定性也有較高要求，目前行業(yè)內(nèi)層石英砂主要使用尤尼明、TQC產(chǎn)品。而石英坩堝外涂層、石英管、石英棒、石英舟和石英錠等產(chǎn)品達到4N5（SiO2≥99.995%）即可。 2、粒度分布 石英坩堝內(nèi)層對高純石英砂的粒度分布要求更均勻，一般要求粒徑在0.1-0.3mm之間，且在該粒徑范圍的累積質(zhì)量分數(shù)應(yīng)大于或等于90%。而石英坩堝外層的粒度分布要求相對較低。 3、氣液包裹體 石英坩堝內(nèi)層對高純石英砂的氣液包裹體含量要求更嚴格，要求控制在較低水平。 4、雜質(zhì)含量 根據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會2018年發(fā)布制定的《光伏單晶硅生長用石英坩堝》，要求鋰、鈉、鉀三種元素之和不大于2微克每克，同時內(nèi)層砂雜質(zhì)含量要求比外層低。另外，雜質(zhì)元素中對鋁的含量不能過低，如果堿金屬含量/鋁含量比值越高，石英粘度越低，也意味著坩堝的熔點越低。 《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2018年版）》明確提出半導(dǎo)體級電弧石英坩堝，規(guī)格：14~24寸；內(nèi)層純度：所有金屬雜質(zhì)含量＜12ppm；強度：1500度高溫變形率＜2%；壽命可達200小時。 5、抗析晶性 石英坩堝使用的石英砂要求在高溫下不易析出晶體，以保證坩堝的質(zhì)量和穩(wěn)定性。 6、透明度 石英坩堝使用的石英砂要求在高溫下不易變黃，以保證坩堝內(nèi)涂層的穩(wěn)定性和質(zhì)量。 綜上所述，石英坩堝內(nèi)、外層對高純度石英砂的具體不同要求指標主要是為了滿足不同層面的使用需求，保證石英坩堝的質(zhì)量和穩(wěn)定性，以及在使用過程中能夠耐溫、抗析晶等。

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