【原创】石英坩埚:光伏、半导体等行业不可或缺的容器!


来源:中国粉体网   星耀

[导读]  石英坩埚实际上就是一种容器,是由高纯石英砂通过模具定型,使用电弧法高温制作而成。具有耐高温、使用时间长、高纯度等特点,主要使用于半导体与太阳能拉制单晶硅棒的辅助性耗材。

中国粉体网讯  近日,晶盛机电子公司宁夏鑫晶年产16万只的石英坩埚生产基地,一期年产4.8万只大尺寸石英坩埚项目正式投产,二期正式签约。此次石英坩埚项目的投产,将解决国内光伏和半导体产业高品质关键耗材紧缺的现状,极大满足市场需求。


 

图片来源:晶盛机电


一、认识石英坩埚


石英坩埚实际上就是一种容器,是由高纯石英砂通过模具定型,使用电弧法高温制作而成。具有耐高温、使用时间长、高纯度等特点,主要使用于半导体与太阳能拉制单晶硅棒的辅助性耗材。


石英坩埚可在1450℃以下使用,分为透明和不透明两种。最早期的石英坩埚是全部透明的,这种透明的构造容易导致不均匀的热传输条件,增加晶棒生长的困难度,所以这种坩埚被淘汰使用。


 

不透明石英坩埚(图片来源:Est官网)


目前,半透明石英坩埚是拉制大直径单晶硅、发展大规模集成电路必不可少的基础材料。当今,世界半导体工业发达国家已用此坩埚取代了小的透明石英坩埚。半透明石英坩埚具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点。


二、石英坩埚的生产工艺


根据配方工艺的不同,石英坩埚生产成型一般采用注浆或注凝两种方法。这两种生产工艺大体相同。但由于生产方法存在一定的差异性,两种工艺流程对配套设备选型还是有所不同。 


(1)注浆法生产工艺

 

注浆法成型在陶瓷的生产工艺中历史悠久,较为传统,掌握起来相对容易,是目前较普遍采用的生产成型方法。注浆法在石英坩埚生产中得到普遍应用。 


注浆法一般生产工艺流程:注浆成型——脱模——翻转——固化——初检——修坯——干燥——煅烧——修边——终检——包装


注浆法生产主要配套生产设备: 不锈钢模具——悬臂吸盘吊装机——脱模翻坯机——脱模平台——固化炉——初检线——悬臂吸盘吊装机——少空气干燥器——悬臂吸盘吊装机——煅烧炉——悬臂吸盘吊装机——修边机——悬臂吸盘吊装机——终检进坯台——终检翻坯机——灯光检测旋转台——灯光终检台——终检出坯线——悬臂吸盘吊装机——包装


由于注浆成型脱模时间一般为8小时,成型效率相对较低,产量不宜过大。


(2)注凝法生产工艺 


注凝法成型在石英坩埚生产中刚刚兴起,工艺难度相对较大,不太容易掌握,在石英坩埚的生产工艺中使用相对较少。但这种方法相对于注浆法能大大缩短脱模时间,提高脱模效率,在大规模生产中具有一定优势。 


注凝法在石英坩埚生产中不易掌握,目前在国内有少数几家公司在使用该方法。由于在大规模生产中具有一定优势,它是未来生产工艺的发展方向。


注凝法一般生产工艺流程:注浆成型——脱模——翻转——初检——修坯——干燥——煅烧——修边——终检——包装 


注凝法生产主要配套生产设备:不锈钢模具——悬臂吸盘吊装机——脱模翻坯机——脱模平台——初检线——悬臂吸盘吊装机——少空气干燥器——悬臂吸盘吊装机——煅烧炉——悬臂吸盘吊装机——修边机——悬臂吸盘吊装机——终检进坯台——终检翻坯机——灯光检测旋转台——灯光终检台——终检出坯线——悬臂吸盘吊装机——包装


(3)工艺对比


由于注浆法成型是靠石膏模吸水来干燥,脱模时间较长,生产效率较低。注凝法成型是采用钢模,但在产品配料中配有添加济,坯体在生产过程中能快速凝固成型,提高强度,易于快速脱模,且脱模后坯体强度较高,不需要通过固化炉进行固化。但这样产品在煅烧过程中,这些有机物添加剂会分解挥发,从而降低产品的密度与强度。目前国内提高成品密度与强度的方法基本得到了解决。由以上对比分析知,两种生产工艺使用配套设备基本相同,仅仅是注凝法不需要固化炉对坯体进行固化,工艺流程及其他配套设备基本相同。


三、石英坩埚的使用及维护


石英坩埚主要化学成分是二氧化硅,除氢氟酸外不与其它酸作用,易与苛性碱及碱金属碳酸盐作用;

石英坩埚对热的稳定性很好,可直接放在火焰上加热;

石英坩埚容易破碎,使用时要特别小心;

石英坩埚可以用硫酸氢钾(钠),硫代硫酸钠(在212℃烘干)等作为熔剂,熔融温度不许超过800℃。


四、石英坩埚需求量分析


从使用寿命上看,石英坩埚寿命理想状态400小时+,较差情况为300小时左右。(备注:N型硅片对应石英坩埚的使用寿命比P型低50-100小时,即P型硅片的石英坩埚寿命约400小时,N型硅片的石英坩埚寿命为300-350小时)。


一台单晶炉的石英坩埚用量:目前P型硅片一台单晶炉平均一个月使用2个石英坩埚(720小时),一年使用24个石英坩埚。1GW硅片的石英坩埚用量:1GW182硅片产能对应100台单晶炉,则1GW硅片出货对应使用约2400个石英坩埚。 


五、小结


石英坩埚主要应用于半导体、光伏等领域。光伏行业由于产品精密度程度高、技术发展快,对石英坩埚的纯度、精度要求日益严格。我国的石英制品行业起步较晚,只有少数规模化企业的石英坩埚技术方面达到先进水平。在技术更迭方面,随着下游行业技术不断迭代,石英坩埚制造企业需与时俱进,及时开发生产出满足下游领域需求的产品,满足下游客户降本增效的要求,才能保持竞争优势。


参考来源:投资快报、百度文库、证券时报、

【1】张大虎,等.单晶硅生长用石英坩埚的组成与结构特征.矿物岩石.2016.

【2】莫宇,等.石英坩埚对大直径直拉硅单晶生长的影响.电子工艺技术.2021.

【3】晶盛机电2021年年度报告.

(中国粉体网编辑整理/星耀)

注:图片非商业用途,存在侵权请告知删除!


推荐9

作者:星耀

总阅读量:4128006

相关新闻:
网友评论:
0条评论/0人参与 网友评论

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国粉体网"的所有作品,版权均属于中国粉体网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国粉体网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

粉体大数据研究
  • 即时排行
  • 周排行
  • 月度排行
图片新闻