Cadinho de quartzo fundido de alta pureza para extração de cristal único

Atualmente, o silício monocristalino é produzido utilizando o silício policristalino como matéria-prima e o método Czochralski. Na produção de silício monocristalino, oquartzoO cadinho é um material crítico para a fusão do silício e o crescimento do cristal, e tem um impacto direto e significativo no custo de produção e na qualidade do produto do silício monocristalino.

Ocadinho de quartzoé um componente chave do forno monocristalino Czochralski. O estágio de preparação de cristal único determina parâmetros técnicos como diâmetro, orientação do cristal, tipo de condutividade de dopagem, faixa e distribuição de resistividade, concentração de oxigênio e carbono, vida útil do portador minoritário e defeitos de rede do material de silício. Microdefeitos, concentração de oxigênio, impurezas metálicas e uniformidade de concentração de transportadores precisam ser controlados dentro de uma determinada faixa. No processo de cristal único Czochralski, o cadinho de quartzo precisa suportar altas temperaturas acima do ponto de fusão do silício (1420°C). Os cadinhos de quartzo são em sua maioria semitransparentes e compostos de múltiplas camadas. A camada externa é uma região com alta densidade de bolhas, chamada de camada composta de bolhas; a camada interna é uma camada transparente de 3-5 mm, chamada de camada sem bolhas. A presença da camada esgotada de bolhas reduz a densidade do cadinho na área em contato com a solução, melhorando assim o crescimento do cristal único.

Do ponto de vista da qualidade, a camada interna do cadinho de quartzo, devido ao contato direto com o silício fundido, dissolve-se continuamente no silício fundido durante o processo de extração do cristal.  As microbolhas na camada transparente do cadinho crescem e se rompem continuamente, liberando partículas de quartzo e microbolhas no silício fundido. Essas impurezas, na forma de micropartículas e microbolhas, são transportadas por todo o fundido de silício pelo fluxo líquido de silício, afetando diretamente a cristalização do silício e a qualidade do cristal único.

Do ponto de vista dos custos,cadinhos de quartzotêm uma forte característica consumível na cadeia da indústria de silício monocristalino, e o uso do método Czochralski contínuo também impõe maiores demandas à vida útil do cadinho de quartzo. A alta pureza e a resistência a altas temperaturas do cadinho de quartzo fornecem uma garantia de tração e qualidade de cristal único. Com base nos requisitos de pureza dos wafers de silício monocristalino, o cadinho de quartzo é descartado após um ou vários ciclos de aquecimento e extração de cristal e precisa ser substituído regularmente, tornando-o um item consumível.

Além disso, se ocadinho de quartzotiver problemas de qualidade durante o processo de extração do cristal, isso fará com que toda a haste de silício monocristalino seja descartada. Os cadinhos de quartzo são produzidos principalmente usando o método de arco elétrico, com areia de quartzo de alta pureza como matéria-prima principal. A pureza da areia de quartzo é um fator crucial que afeta a qualidade do cadinho de quartzo. O cadinho de quartzo possui uma estrutura de duas camadas: a camada externa é uma região de alta densidade, chamada camada composta de bolha; a camada interna é uma camada transparente de 3-5 mm, chamada de camada sem bolhas.

A presença da camada interna, a camada sem bolhas, reduz a densidade das bolhas na área onde o cadinho entra em contato com a solução. Quanto menor a pureza da areia de quartzo, maior a probabilidade de produzir manchas pretas e bolhas durante o processo de fusão em alta temperatura. Quando usada como areia da camada interna, a exposição prolongada a altas temperaturas faz com que as bolhas contidas na parede interna do cadinho de quartzo sejam liberadas, afetando assim a estabilidade e a taxa de sucesso da produção de pastilhas de silício de cristal único. Portanto, a areia da camada interna requer areia de quartzo de maior pureza, resultando em um preço mais elevado. Além disso, a areia de quartzo utilizada em cadinhos possui requisitos específicos para diferentes níveis de impureza. Por exemplo, impurezas excessivas de metais alcalinos podem causar cristalização no cadinho, levando à opacificação e deformação, enquanto o teor excessivo de hidroxila pode causar bolhas no cadinho.

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