直拉单晶炉熔融硅对石英玻璃的腐蚀作用

一、目的意义直拉法制造的大直径硅单晶,被广泛用于集成电路、半导体器件。众所周知,直拉法必须采用石英玻璃坩埚为熔化硅的器皿。而石英坩埚在拉晶过程中常常被腐蚀,直接沾污融熔硅,影响硅单晶的纯度。因此研究高温下融熔硅对石英玻璃的腐蚀作用,对提高硅单晶的质量和纯度有实际的经济意义。二、腐蚀机理融熔硅对石英玻璃的腐蚀作用,主要是     

高效多晶硅中石英坩埚内高纯隔离层的致密化处理

多晶硅铸锭过程中,在石英坩埚内壁制作高纯隔离层可以阻挡石英坩埚中的杂质向硅锭中扩散,改善硅方的边部红区,但高纯隔离层会引起硅锭中氧含量的升高。本文在高纯隔离层的基础上,通过级配的方法提升高纯隔离层结构的致密性并降低硅锭中的氧含量。     

Si_3N_4添加量对熔融石英坩埚在铸锭过程中析晶的影响

为了研究Si_3N_4添加量对熔融石英坩埚在铸锭过程中结晶化的影响,首先在熔融石英浆料中添加不同量(质量分数为0、0.01%、0.05%和0.1%)的氮化硅粉,经注浆成型、140℃保温10 h干燥和1 150℃保温6 h烧后制备了熔融石英坩埚,然后在铸锭炉中进行最高温度为1 540℃,历时约52 h的多晶硅铸锭过程,最后用透射反射偏光显微镜观察铸锭后坩埚的显微结构,用X射线衍射仪分析铸锭后坩埚的物相组成,并计算其结晶度和晶粒尺寸。结果表明:随着Si_3N_4添加量的增加,铸锭后熔融石英坩埚中结晶相α-方石英的含量逐渐降低,晶粒尺寸逐渐减小。     

杂砂岩碱集料反应特征

杂砂岩集料所含的石英组分是引起碱集料反应的主要活性来源,研究该集料中的石英溶出及其在碱溶液中的行为特征,结果发现:石英颗粒尺寸和相应的硅溶出速度之间存在着一定的相关性,即:石英颗粒尺寸越小,其比表面积越大,同等条件下相应的硅溶出速度越大;石英颗粒的结构特征变化规律与杂砂岩试样本身的碱活性大小之间不存在相关性.集料中的铝主要来源于γ-Al2O3纳米相、黑云母和白云母,其对溶液中硅溶出的影响机理不同.集料中的铝溶出生成铝硅酸盐从而引起溶液中溶出硅含量的降低,砂浆或混凝土碱集料反应膨胀率的大小与溶液中所谓的"自由硅"含量有关,即"自由硅"含量越大,同等条件下的碱集料反应膨胀越大.这些相关性对于实际工程应用非常重要,由此可望建立评价杂砂岩碱活性敏感性的直接测试方法.研究还发现通过添加高铝粉可抑制碱集料反应产生的膨胀.     

坩埚腐蚀对CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系高炉渣微晶玻璃的影响

以某公司炼钢尾矿高炉渣为主要原料,采用熔融法分别在石英坩埚和刚玉坩埚中熔制Ca O-Mg O-Al_2O_3-SiO_2(CMAS)系微晶玻璃,利用XRF、XRD、DSC、SEM、EDS等测试手段,研究了不同坩埚材料在不同坩埚利用率时对微晶玻璃成分、显微结构及性能的影响。研究表明:高温玻璃熔体对石英坩埚和刚玉坩埚的侵蚀作用会分别导致基础玻璃中SiO_2和Al_2O_3含量的提高,改变微晶玻璃的析晶机制;SiO_2含量的增加使微晶玻璃显微硬度和抗弯强度升高,Al_2O_3含量的增加使微晶玻璃密度升高。     

坩埚材料对银浆玻璃粉物化性能的影响

采用了高温熔融法制备了Bi2 O3-B2 O3-ZnO-Al2 O3-SiO2系银浆玻璃玻璃粉,添加少量CeO2作稳定剂,分别采用铂金坩埚、石英坩埚、刚玉坩埚在1100℃条件下熔制,系统研究了在不同坩埚熔制时对该系玻璃的玻璃化程度、热学性能及化学稳定性的影响.结果表明:在添加CeO2稳定剂的前提下,该系玻璃在铂金坩埚、石英坩埚、刚玉坩埚中均能熔制出均匀透明玻璃.在铂金坩埚中熔制时,玻璃的玻璃化程度较高.在石英坩埚中熔制时,较多的SiO2融入该系玻璃粉内,提高了其玻璃化转变温度,但其膨胀系数明显降低,其热稳定性与化学稳定性也有大幅度提高.在刚玉坩埚中熔制时,刚玉坩埚中少量Al2 O3融入玻璃粉内,提高了该系玻璃粉的玻璃化程度,对其热稳定性与化学稳定性的提高也有一定的促进作用.     

电磁分离高硅铝硅合金制备低硅铝硅合金

在不考虑杂质元素的情况下研究了含铝45wt%的铝硅合金熔体电磁分离过程中电流频率、下拉速度、保温温度及坩埚材质对初晶硅相分离效果的影响. 结果表明,在电流频率3 kHz、保温温度1000℃、下拉速度10 ?m/s的条件下,以石墨坩埚为容器,可使合金的硅铝质量比降至0.0939. 保温温度对合金中硅的去除影响最大,相同条件下1500℃时合金硅铝质量比为0.11439;低频交变电流能强化电磁搅拌从而加强传质,降低下拉速度对降低合金中硅含量有一定作用,且可使分离界面更平坦.     

石英坩埚内高纯隔离层在高效多晶硅铸锭中的应用

多晶硅铸锭过程中,石英坩埚侧壁中的杂质通过固相扩散进入并残留在多晶硅锭的边部,形成多晶硅锭边部的低少子寿命区(边部红区).本文通过在坩埚侧壁上制作三种不同成分的高纯隔离层来阻挡坩埚侧壁中的杂质向硅锭中的扩散,以降低硅锭中的边部红区比例.结果表明采用掺钡高纯隔离层可以使硅锭中的边部红区显著变窄,基本消除硅方中的边部红区.     

我国多晶硅铸锭坩埚的现状与发展

本文总结了我国多晶硅锭坩埚生产现状,指出熔融石英材质坩埚仅能一次性使用,可反复使用的坩埚是发展方向,介绍了国内外可反复使用坩埚的主要生产技术.     

勾形磁场中直拉硅单晶浓度场的数值模拟研究

为有效控制晶体尺寸、金属杂质含量、掺杂元素及氧分布的均匀性,提出在非均匀轴对称勾形磁场中利用磁控提拉法生长硅单晶。用有限差分法对非均匀轴对称勾形磁场中直拉硅单晶体系中的浓度场进行数值模拟研究,基于直拉硅单晶生长系统的物理及数学模型,进行无量纲化处理,借助于相应的边界条件进行求解,并针对不同工艺条件下熔体中及界面处氧浓度分布情况进行模拟研究。结果表明：在勾形磁场作用下,通过改变磁场强度、晶体和坩埚转速及晶体半径可有效控制固一液界面处氧浓度及分布均匀性,从而在晶体中获得径向均匀的氧浓度。     

含硼炉渣对耐火材料的侵蚀

在碳管炉和中频感应炉上进行坩埚实验,研究了含硼炉渣对不同耐火材料的侵蚀.静态坩埚实验结果表明,碳化硅、石英和刚玉耐火材料的平均侵蚀厚度分别为0.52,1.03,1.40mm,刚玉耐火材料侵蚀最为严重,石英耐火材料有一定程度的侵蚀,但相对较轻,碳化硅耐火材料侵蚀很少;公斤级中频炉实验结果表明,含硼炉渣对石英坩埚侵蚀程度大于碳化硅坩埚.分析了直接合金化炼钢时含硼炉渣侵蚀耐火材料的机理,通过相图研究了不同种类的耐火材料抗炉渣侵蚀的能力,渣中配加氧化钙添加剂,可减缓炉渣对耐火材料的侵蚀.     

混合炸药中含氟组分对坩埚的影响研究

为获得准确可靠的含氟混合炸药灰分测试结果,通过样品量和不同氟化合物考察了坩埚的质量变化以及引起变化的原因。结果表明,混合炸药中的氟聚合物对坩埚质量无影响,而氟化石墨引起的坩埚质量变化较大。炭化完全的样品在750~800℃的高温炉中灰化时,氟化石墨与坩埚中的二氧化硅发生反应,导致坩埚质量减少,灰分计算结果为负值。在进行含氟化石墨的混合炸药分析时,须采用铂坩埚或其它耐化学腐蚀的坩埚进行实验,获得更为准确的灰分测试结果。     

氩气流量对300mm直径单晶硅生长过程中熔体内氧边界层的影响

氧是太阳能级单晶硅中的主要杂质之一,其主要来源于石英坩埚。在晶体生长过程中,熔体对流的强弱对石英坩埚的分解起着至关重要的作用。本文采用CGSim晶体生长软件,系统分析了氩气流量与氧边界层的关系。研究结果表明,石英坩埚的分解与氧的边界层厚度有关,而熔体内对流,特别是坩埚壁附近对流的强度对氧边界层会产生显著的影响;通过对固液界面氧含量结果的分析,验证了石英坩埚的分解与侧壁对流的强弱(即边界层的厚度)有关。     

二极管硅芯表面清洗工艺

硝酸-氢氟酸体系是半导体器件硅清洗中主要的腐蚀液,在生产中占有重要地位。因此本文通过对腐蚀液的比例进行调整来达到控制腐蚀速度和控制台面形状的目的 .通过研究硅芯的腐蚀速率,表面粗糙程度,纵横腐蚀比例来研究硝酸-氢氟酸-硫酸-冰乙酸的腐蚀体系。通过本工艺可以获得表明光滑平整的芯片表面,同时减少了因为金属腐蚀而带来的漏电流影响。     

结晶器保护渣熔化速度测定方法的研究

通过分析结晶器保护渣熔化速度测定方法的国内外现状 ,提出用坩埚法测定的方法。与灰熔点仪法和GX -高温物性测试仪法进行对比研究 ,表明在测定结果的稳定性和代表性方面 ,坩埚法是目前结晶器保护渣熔化速度测定的合适方法。     

单晶硅炉用炭/炭复合材料埚帮使用寿命的影响因素研究

针对炭/炭埚帮在单晶硅拉晶过程中不断受到硅蒸气的腐蚀以及硅料与石英坩埚的共同挤压等,使得埚帮出现破损报废问题,根据埚帮在热场中的破坏机理,从CVD设备规格、预制体的编织方式、热解炭涂层、产品密度、高温处理温度、加工次数等几个方面研究了对埚帮使用寿命的影响。结果表明,采用小炉型沉积,轴向采用无纬布,环向采用炭纤维缠绕,斜向±45°采用长纤维缠绕,以炭纤维体积比为1∶3∶1的比例,分别与炭纤维网胎针刺成型的预制体,经高温热解炭涂层,产品密度为1.55 g/cm~3以上,机械加工2次,并且在1 850℃高温处理下,所制得埚帮达到了的设计寿命。     

石英纤维增强含硅芳炔树脂复合材料的制备与性能

通过模压成型工艺制备了石英纤维增强含硅芳炔树脂复合材料,研究了不同纤维直径的石英纤维斜纹布以及不同结构的石英纤维织物增强含硅芳炔树脂复合材料的力学性能和介电性能。研究结果表明,纤维直径为7.0μm的石英纤维增强含硅芳炔树脂复合材料比直径为7.5μm的具有更加优异的常温和高温力学性能。并且,2D石英纤维织物增强含硅芳炔树脂复合材料的力学性能优于3D。而纤维直径和织物结构的改变对该复合材料的介电性能影响不明显。     

泥结石墨坩锅坯料抗氧化研究

本实验探索了泥结石墨坩埚坯料中加入不同添加剂（抗氧化剂）后抗氧化性能的变化，同时在生产工艺上作了某些改进。通过加入不同的添加剂（75硅、95硅、硅粉、铝粉、碳化硼），研究添加剂种类对制品综合性能，尤其是抗氧化性能的影响，得出最佳配方，同时对筛选出的配方进行了验证实验。     

光电化学腐蚀条件对多孔硅阵列的影响

采用光电化学腐蚀的方法在腐蚀电压为1.3 V,腐蚀液配比为HF(40%):C_2H_5OH(99%):H_2O=1:7:1(体积比)和卤素灯为光源的条件下获得了结构整齐、孔道均匀的多孔硅阵列。研究表明,随着电压的增大,孔壁侧蚀严重,孔壁有分叉现象;随着HF浓度的增加,制备的多孔硅阵列孔深增加,腐蚀速度增加;光源的不同会导致孔道内部均匀程度的不同。最后得出了最佳的刻蚀参数条件,得到了长径比大于50,孔道结构外壁均匀光滑的多孔硅阵列。     

泥结石墨坩埚坯料抗氧化性能初步研究

在传统的泥结石墨坩埚坯料中，添加不同种类的添加剂，以期提高其抗氧化性能，实验结果表明，添加硅粉，玻璃熔块等能有效抑制鳞片石墨的高温氧化，延长坩埚的使用寿命。