中国粉体网讯 石英坩埚具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好等优点，应用越来越广泛，在冶金、化工、电工、航空航天等工业领域受到极大青睐。尤其是在硅晶体生长过程中，石英坩埚成为了不可替代的关键部件！
一般来讲，根据制备工艺及用途不同，石英坩埚又分为电弧石英坩埚和石英陶瓷坩埚。电弧石英坩埚主要用于直拉单晶硅方面，石英陶瓷坩埚主要用于多晶硅铸锭方面。
在直拉单晶硅方面
单晶硅是大规模集成电路制造中不可缺少的半导体材料。随着电路集成度的提高，超大规模集成(Ultra Large Scale Integration，ULSI)发展迅猛，目前主流硅片已达到300mm，400mm单晶硅也已研发成功，产业化指日可待，同时更大尺寸的硅单品也仍在持续研发中。
众所周知，大直径的单晶硅(200mm以上)基本都是通过直拉(CZ)法生产的，生长如此大尺寸的硅晶体需要更多的时间和更多的资源，因此，提高每炉次硅晶体生长成功率是非常重要的。在直拉硅晶体生长过程中，由于各种原因，无位错单晶生长会失败，从而造成很大的资源和时间损失。无位错单品生长失败有多种原因，在目前直拉硅单晶炉及其热场设计都很稳定成熟的条件下，与硅熔体直接接触的石英坩埚的纯度及其生长时释放微小方石英颗粒被普遍认为是导致大直径无位错直拉晶体生长失败的主要原因之一。
换句话说，电弧石英坩埚的好坏是影响直拉单晶硅产质量的主要因素。因此，对大直径单晶硅质量要求的不断提高，对半导体材料用石英制品及相关材料提出了更高的要求，如石英砂检验、石英砂提纯、电弧熔融初检、外壁清洗、切高、倒角、清洗、涂层、烘干、终检、包装、发运等。
在太阳能电池用多晶硅铸锭方面
太阳能电池作为一种清洁能源受到世界范围内的广泛重视。太阳能电池的主要分类如下图所示，多晶硅的转化效率及产量高，而且对原料要求相对较低，因此是产业化比率最高的材料。
太阳能电池的主要分类
石英陶瓷坩埚是太阳能电池用多晶硅铸锭炉的关键部件，它作为装载多晶硅原料的容器，在1500℃以上的高温下连续工作50h以上，使之熔化、长晶，然后用来制造太阳能电池的多晶硅硅锭。由于其使用条件十分苛刻，对坩埚的纯度、强度、外观及内在质量、高温性能、尺寸精度等都有十分严格的要求。
国内外学者对其制备过程有着大量的研究成果，如不同的保温时间、成型方法、添加剂、颗粒级配等生产要素对于坩埚烧结(生产)后性质的影响，目的主要在于提高坩埚的高温结构强度，以减少坩埚在高温下破裂的风险。根据SiO2晶相转变条件可知，在烧结过程中，熔融石英在高温下会析出β-方石英，在降温过程中约270℃时，β-方石英会转变为α-方石英，这一过程体积约减小2.8%，会破坏熔融石英坩埚的结构，使其报废或增加铸锭(使用)过程中的漏硅(坩埚破裂，硅液溢流)几率。故烧结过程中对α-方石英的析出量控制极为关键，一般通过调节烧结温度和保温时间来实现。
石英陶瓷坩埚是目前不可替代的材料，由于是一次性使用，所以需求量巨大。近年来，随着经济的发展，能源紧缺的问题日益显现，在全球范围内掀起了一股开发利用太阳能的热潮，太阳能产业每年以30%～40%的速度增长，从而带动了多晶硅铸锭炉的迅猛发展，对石英陶瓷坩埚的需求也与日俱增。
参考来源：
[1]刘金秋等.熔融石英坩埚在烧结和铸锭过程中的结构及性质
[2]莫宇等.石英坩埚对大直径直拉硅单晶生长的影响
[3]刘学理.石英陶瓷在浮法玻璃生产中的应用
[4]荆富等.石英陶瓷的研究及应用进展
[5]张晓艳.熔融石英坩埚的制备及其析晶行为研究
（中国粉体网编辑整理/山川）
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