石英析晶
石英坩埚使用中的常见问题(析晶)
石英坩埚使用中的常见问题(析晶)1.1 产生析晶的原因1.1.1 石英坩埚受到沾污，在所有队石英坩埚的沾污中，碱金属离子钾（K）钠（Na）锂（Li）和碱土金属离子钙（Ca）镁（Mg）这些离子的存在是石英坩埚产生析晶的主要因素。
1.1.2 在操作过程中，因操作方法不当也会产生析晶如在放置石英坩埚和装填硅料的过程中，带入的汗水，口水，油污，尘埃等。
1.1.3 新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成石英坩埚外层析晶的主要原因。
1.1.4 用于拉晶的原料纯度低，所含杂质太多或清洗工艺存在问题。
1.1.5 熔料时温度过高，也将加重析晶的程度。
1.1.6 石英坩埚的生产，清洗，包装过程中受到沾污。
1.2 析晶对拉晶的影响1.2.1 石英坩埚内壁发生析晶时有可能破坏坩埚内壁原有的涂层，这将导致涂层下面的气泡层和熔硅发生反应，造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内，使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。
1.2.2 析晶将减薄石英坩埚原有的厚度，降低了坩埚的强度容易引起石英坩埚的变形。
1.3 防止减少析晶的方法1.3.1 石英坩埚的生产厂商要保证其生产的坩埚从用料到生产的各个环节都符合质量要求。
1.3.2 在单晶生产的整个过程中应严格按照工艺规程认真操作。
1.3.3 拉晶所用的原料纯度一定要符合生产要求，如果原料本身所含杂质较多，在溶料过程中也会造成析晶。
尤其是碱金属离子的存在，将会降低析晶温度200～300℃.1.3.4 原料的清洗一定要符合工艺要求，进过酸或碱处理的原料如果未将酸碱残液冲洗彻底，易造成析晶。
1.3.5 新的石墨器件，如石墨坩埚因含有一定的灰粉和其它杂质，在投入使用前须经过彻底的高温煅烧才能使用。
1.3.6 熔料时应选用合适的熔料温度以减少析晶或降低析晶的程度。
- 1 -。
坩埚知识
一：石英坩埚的历史和现状1.早期石英坩埚早期的石英坩埚是全部透明的，最早期的石英坩埚是全部的透明的结构，这种透明的结构却容易引起导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的困难度。
所以这种坩埚基本被淘汰使用。
2.现代的石英坩埚现代拉单晶的石英坩埚一般是采用电弧法生产，半透明状，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。
现代的石英坩埚则存在二种结构，外侧是一层具有高气泡密度的区域，称为气泡复合层，内侧则是一层3~5mm的透明层，称之为气泡空乏层。
气泡复合层的目的是在与均匀的辐射有加热器所提供的辐射热源。
气泡空乏层的目的在于降低与溶液接触区域的气泡密度，而改善单晶生长的成功率及晶棒品质。
二：国内石英坩埚的情况分析国内石英坩埚厂家有：锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔、宁波宝斯达、余姚通达、杭州大和等。
锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔,他们的工艺采用真空熔融法，外几家采用的是涂层法，即在坩埚内壁用精细石英砂喷涂到坩埚表面大约1~2mm左右。
涂的不均匀，这就会造成在单晶生长过程中内壁脱落导致单晶生长失败。
宁波宝斯达有一种涂钡锅，可应用到太阳能单晶用坩埚上。
涂钡工艺也可用人工进行，但是人工涂钡的缺点在于在涂钡的同时引进多余的杂质且人工喷涂不均匀，使得在开始拉晶的时候由于杂质过多或者单晶生长过程中内壁脱落，造成放肩时断线，需提杂后才能进行继续拉晶。
注：涂钡工艺的原理：这是因为钡在硅中的平衡偏析系数非常小，使得他在硅晶棒中的浓度小于2.5x10（-9）/cm3，因而不会影响到晶棒的品质。
通常的做法是将石英坩埚壁涂上一层含有结晶水的氢氧化钡（Ba(OH)2.8H2O）（饱和的氢氧化钡水溶液）。
这层氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡。
而当这种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡，随着氧化钡与石英坩埚反应形成硅酸钡（BaSiO3）。
由于硅酸钡的存在，使得石英坩埚壁上形成一层致密微小的方石英结晶。
石英坩埚知识整理总结
石英坩埚知识整理总结［图片］一：石英坩埚的历史和现状1.早期石英坩埚早期的石英坩埚是全部透明的，最早期的石英坩埚是全部的透明的结构，这种透明的结构却容易引起导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的困难度。
所以这种坩埚基本被淘汰使用。
2.现代的石英坩埚现代拉单晶的石英坩埚一般是采用电弧法生产，半透明状，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现代的石英坩埚则存在二种结构，外侧是一层具有高气泡密度的区域，称为气泡复合层，内侧则是一层3~5mm的透明层，称之为气泡空乏层。
气泡复合层的目的是在与均匀的辐射有加热器所提供的辐射热源。
气泡空乏层的目的在于降低与溶液接触区域的气泡密度，而改善单晶生长的成功率及晶棒品质。
二：国内石英坩埚的情况分析国内石英坩埚厂家有：锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔、宁波宝斯达、余姚通达、杭州大和等。
锦州圣戈班、荆州菲利华、扬州华尔，他们的工艺采用真空熔融法，夕卜几家采用的是涂层法，即在坩埚内壁用精细石英砂喷涂到坩埚表面大约广2mm左右。
涂的不均匀，这就会造成在单晶生长过程中内壁脱落导致单晶生长失败。
宁波宝斯达有一种涂钡锅，可应用到太阳能单晶用坩埚上。
涂钡工艺也可用人工进行，但是人工涂钡的缺点在于在涂钡的同时引进多余的杂质且人工喷涂不均匀，使得在开始拉晶的时候由于杂质过多或者单晶生长过程中内壁脱落，造成放肩时断线，需提杂后才能进行继续拉晶。
注：涂钡工艺的原理：这是因为钡在硅中的平衡偏析系数非常小，使得他在硅晶棒中的浓度小2.于5x10 (-9)/cm3,因而不会影响到晶棒的品质通常的做法是将石英坩埚壁涂上一层含有结晶水的氢氧化钡(3a(OH)2.8H2O (饱和的氢氧化钡水溶液)。
这层氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡。
而当这种石英坩埚在单晶炉上被加热时碳酸钡会分解形成氧化钡随着氧化钡与石英坩埚反应形成硅酸钡B6SiO3）。
由于硅酸钡的存在，使得石英坩埚壁上形成一层致密微小的方石英结晶这种微小的方石英结晶很难被溶液渗入而剥落即使剥落也很快被溶液溶解掉，，因此可以大幅度的改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率。
石英坩埚使用中常见问题和解决方法
石英坩埚使用中常见问题和解决方法一、引言在Cz法单晶的制备中，石英坩埚作为熔硅的载体有着其不可替代的作用。
了解石英坩埚的特性和掌握正确的方法对所有从事单晶制备的每一位从业人员来说都是非常重要的。
二、石英坩埚的特性（热学性能和结晶性能）1.热学性能：热学性能主要体现在以下几个方面（1）它的形变点为1075℃（2）它的软化点为1730℃2.结晶性能（1）石英坩埚在高温下具有趋向变成二氧化硅的晶体（方石英）。
这个过程称为再结晶，也称为“失透”，通常也称为“析晶”。
（2）析晶通常发生在石英坩埚的表层，按照中国石英玻璃行业标准规定，半导体工业用石英玻璃在1400℃±5℃下保温6小时，其析晶层的平均厚度应为﹤100µm。
三、石英坩埚使用中的常见问题1.析晶1.1产生析晶的原因1.1.1石英坩埚受到沾污，在所有对石英坩埚的沾污中，碱金属离子钾（K）、钠（Na）、锂（Li）和碱土金属离子钙（Ca）、镁（Mg）这些离子的存在是石英坩埚产生析晶的主要因素。
1.1.2在操作过程中，因操作方法不当也会产生析晶如在防止石英坩埚和装填硅料的过程中，带入的汗水，口水，油污，尘埃等。
1.1.3新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成石英坩埚外层析晶的主要原因。
1.1.4用于拉晶的原料纯度低，所含杂质太多或清洗工艺存在问题(如酸碱残留)。
1.1.5熔料时温度过高，也将加重析晶的程度。
1.1.6石英坩埚的生产，清洗，包装过程中受到沾污。
1.2析晶对拉晶的影响1.2.1石英坩埚内壁发生析晶时有可能破坏坩埚内壁原有的涂层，这将导致涂层下面的气泡层和熔硅发生反应，造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内，使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。
1.2.2析晶将减薄石英坩埚原有的厚度，降低了坩埚的强度容易引起石英坩埚的变形。
1.3防止减少析晶的方法1.3.1石英坩埚的生产厂商要保证其生产的坩埚从用料到生产的各个环节都符合质量要求。
石英玻璃析晶性能试验圆法石英玻璃的性质
石英玻璃析晶性能试验圆法石英玻璃的性质原尺度折用于测定通明石英玻璃管及其造品的析晶机能。
1试验原理。
石英玻璃正在高温下幼时间利用时，会发生欠亨明的圆石英晶体，即产生所谓的析晶隐象。
起头时为孤站的皂色析晶点，随着时间的耽误，析点增加并幼大，连成一片，并主概况向内部延幼，石英玻璃仪器使石英玻璃彻底失透，此圆式就是将试样连结正在高温下，恒温一按时间，测定玻璃概况失透层的厚度。
石英玻璃析晶性能试验圆法石英玻璃的性质，2试样的造备2．1中径25mm以下的石英玻璃管，切与幼度15mm整管试样三段。
2．2中径25mm以t的石英玻璃管出与弦幼25mm，幼度l5mm的试样二块。
2．3切与石英玻璃坩埚弧度部门战石英玻璃器皿的利用部位25mmX15mm的试样三块。
以上试样均为原壁厚，概况不大加工石英玻璃管，试样暗语处用金刚砂（W10）磨仄，不克不及有崩口。
3试验设施3．1电热干燥箱一台。
石英玻璃的性子3．2站式高温二硅化钼电炉一台。
3．2．1电炉必需拥有双层炉膛，内炉膛为高杂三氧化二铝资料造成。
炉内样品台上置有石英垫。
3．2．2电炉温度要有P．l．D．主动节造，精度为±1，24小时内不变度为±2．5℃．炉温仄均，梯度≤±10℃。
3．2．3各厂每年要迎样到筑材钻研院查对丈质成因，石英玻璃片以到达校验设施之目标。
3．3丈质显微镜一台：丈质精度为5μ，置大倍数为100。
4试验步调4．1试祥于10％浓度的化学杂氢氟酸溶液中浸泡15总钟，与出用自来水冲刷15总钟，然后再用去离子水冲刷二次（每次1总钟）。
把洗脏的试样用夹子（非金属资料）与出置正在垫有洁脏纱布的干燥培育皿中（沙布战培育皿均用去离子水洗脏、烘干）烘干。
正在整个操作历程中不得用手间接触摸试样，以防沾污。
4．2将处置浊洁的试样置入已恒温1400℃的高温炉中，正在1400℃下恒温6小时（恒温时期电炉温度颠簸不得大于±5℃）。
然后应即翻开炉门用洁脏的坩埚钳将试样与出。
石英玻璃管析晶
关于石英玻璃析晶现象解释
石英玻璃析晶是指石英玻璃在高温状态下使用，因表面存在较多金属离子，特别是碱金属离子而诱发，使石英玻璃表面从玻璃态转变为晶态的现象。
当温度低于大约300℃以下时，石英玻璃表面形成的晶态与石英玻璃的膨胀系数差距增大，造成新形成的析晶点（方石英）出现较多的裂纹。
冷却到常温状态下，即可发现这些粘附在石英玻璃上的白色斑块。
如果生产物料中含有磷酸、磷酸盐、碳酸盐或含氟物质等，高温下也可腐蚀石英玻璃，但不属于析晶。
验证方法：在生产中，验证或检验石英玻璃管是否析晶，可用一支或几支石英管在与实际生产相同的条件下，不接触生产物料，进行高温使用。
可以说所有的重金属都会使石英坩埚变成这样
可以说所有的重金属都会使石英坩埚变成这样１、化学中的重金属定义：重金属指比重大于5的金属（一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属）。
重金属指的是原子量大于55的金属。
如铁的原子量为56，大于55，故也是重金属。
重金属约有45种，一般都是属于过渡元素。
如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。
2、陶瓷化学中的石英与重金属所谓坩埚被腐蚀，其实不是化学反应，它只是个物理过程。
其主要方式有以下几种：a、析晶石英坩埚是用高纯二氧化硅制作的，二氧化硅以无定型态存在（就象玻璃、水）。
析晶就是无定型态结晶了，变成了石英晶体（方石英），这个过程称为再结晶，也称为“失透”，通常称为“析晶”。
在高温状态下碱金属（K、Na、Li、Ca等）能促进石英的结晶，析晶一般为白色（不透明），但不会形成上图的黑点。
当析晶严重时，容易脱落而影响拉晶，少量的析晶反而增加了坩埚表面的稳定性，有利于拉晶，有效减少氧含量。
比如涂层坩埚涂的钡涂层就是一种可控的析晶。
严重析晶可能的原因：1 石英坩埚受到沾污，在所有的石英坩埚的沾污中，碱金属离子钾（K）钠（Na）锂（Li）和碱土金属离子钙（Ca）镁（Mg）这些离子的存在是石英坩埚产生析晶的主要因素。
2 在操作过程中，因操作方法不当也会产生析晶如在防止石英坩埚和装填硅料的过程中，带入的汗水、口水、油污、尘埃等。
3 新的石墨坩埚未经彻底煅烧或受到沾污就投入使用是造成石英坩埚外层析晶的主要原因。
4 用于拉晶的原料纯度低，所含杂质太多或清洗工艺存在问题。
5 熔料时温度过高，也将加重析晶的程度。
6 石英坩埚的生产，清洗，包装过程中受到沾污。
解决途径：1 石英坩埚的生产厂商要保证其生产的坩埚从用料到生产的各个环节都符合质量要求。
（外部原因）2 在单晶生产的整个过程中应严格按照工艺规程认真操作。
3 新的石墨器件，如石墨坩埚含有一定的灰粉和其它杂质，在投入使用前须经过彻底的高温煅烧才能使用。
（客观原因）4 熔料时应选用合适的熔料温度以减少析晶或降低析晶的程度。
石英析晶
浮法玻璃中夹杂物缺陷分析曲爱清姜英娜澄清剂对消除玻璃液气泡的机理研究杜燕军路有昌石英玻璃失透性2011-10-22失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一个固有缺陷，从热力学观点看，石英玻璃的内能高于结晶态方石英，属热力学上不稳定的亚稳态，当温度高于1000℃时，SiO2分子振动加速，经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。
失透性是以晶核成长速度来表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分别达到最大值。
析晶主要出现在表面，其次是内部缺陷处，原因是这些地方容易沾污，引起杂质离子的局部集聚，特别是碱离子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）进入网络后引起粘度降低，促使失透加速。
由于石英玻璃的热膨胀系数和比重同析晶产物β-方石英相近，所以在高温下连续使用时，尽管析晶区不断扩大，但体积变化并不明显，仍可满意地继续使用，此时尚可减轻玻璃的塑性变形，使耐火度提高。
当析晶产物冷却到800℃时，则出现细小的龟裂网络。
继续冷却到200-275℃时，则出现方石英从高温型到低温型（即β-方石英→a-方石英）的结构变化，并伴随着发生体积聚变，如果析晶层很深，则石英玻璃亦随之破裂。
由于析晶常常出现在有杂质的地方，所以高温使用前的表面状态及周围耐火材料、气氛十分重要。
有关使用石英玻璃时注意事项后面还要介绍。
浮法玻璃的缺陷种类2011-10-24 7.1 分类按形成部位浮法玻璃的缺陷科分成六大类：（1）原料缺陷（2）熔化缺陷（3）耐火材料缺陷（4）成型缺陷（5）退火缺陷（6）冷玻璃加工和储存缺陷按在玻璃中的位置分成三大类：（1）玻璃板中的缺陷这是一种由熔化或配合料引起的缺陷，通常以固体夹杂物（结石）和气体夹杂物（气泡）的形式出现。
（2）玻璃板表面的缺陷结石——这是一种碹顶滴落物（液滴、粉尘）所造成的缺陷；上表面气泡——这种缺陷往往是闸板部位形成的闸板泡，一般泡径较大。
（3）玻璃板下表面的缺陷7.2 原料及熔化过程产生的缺陷及处理7.2.1 夹杂物1、未熔石英颗粒大多在玻璃板的上表面，呈白色小粒状或多个颗粒的聚合体。
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浮法玻璃中夹杂物缺陷分析
曲爱清姜英娜
澄清剂对消除玻璃液气泡的机理研究
杜燕军路有昌
石英玻璃失透性
2011-10-22失透（又叫析晶性）是石英玻璃的一个固有缺陷，从热力学观点看，石英玻璃的内能高于结晶态方石英，属热力学上不稳定的亚稳态，当温度高于1000℃时，SiO2分子振动加速，经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。
失透性是以晶核成长速度来表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分别达到最大值。
析晶主要出现在表面，其次是内部缺陷处，原因是这些地方容易沾污，引起杂质离子的局部集聚，特别是碱离子（如K、Na、Li、Ca、Mg等）进入网络后引起粘度降低，促使失透加速。
由于石英玻璃的热膨胀系数和比重同析晶产物β-方石英相近，所以在高温下连续使用时，尽管析晶区不断扩大，但体积变化并不明显，仍可满意地继续使用，此时尚可减轻玻璃的塑性变形，使耐火度提高。
当析晶产物冷却到800℃时，则出现细小的龟裂网络。
继续冷却到200-275℃时，则出现方石英从高温型到低温型（即β-方石英→a-方石英）的结构变化，并伴随着发生体积聚变，如果析晶层很深，则石英玻璃亦随之破裂。
由于析晶常常出现在有杂质的地方，所以高温使用前的表面状态及周围耐火材料、气氛十分重要。
有关使用石英玻璃时注意事项后面还要介绍。
浮法玻璃的缺陷种类
2011-10-24 7.1 分类
按形成部位浮法玻璃的缺陷科分成六大类：
（1）原料缺陷
（2）熔化缺陷
（3）耐火材料缺陷
（4）成型缺陷
（5）退火缺陷
（6）冷玻璃加工和储存缺陷
按在玻璃中的位置分成三大类：
（1）玻璃板中的缺陷
这是一种由熔化或配合料引起的缺陷，通常以固体夹杂物（结石）和气体夹杂物（气泡）的形式出现。
（2）玻璃板表面的缺陷
结石——这是一种碹顶滴落物（液滴、粉尘）所造成的缺陷；
上表面气泡——这种缺陷往往是闸板部位形成的闸板泡，一般泡径较大。
（3）玻璃板下表面的缺陷
7.2 原料及熔化过程产生的缺陷及处理
7.2.1 夹杂物
1、未熔石英颗粒
大多在玻璃板的上表面，呈白色小粒状或多个颗粒的聚合体。
结石周围有较宽的扩散层，在窑内停留时间长的结石，表面瓷化，周边与玻璃界限不很清晰。
未熔石颗粒及硅砂富集
可能产生原因：
a. 硅砂颗粒过大，形成的未熔石英；
b. 配合料调合不均匀，局部硅砂富集形成的；
c. 配合料输送及窑头料仓贮存过程中的分层；
d. 硅砂细粉过多形成的料蛋；
e. 助熔剂（Na2CO3、Na2SO4）过少；
f. 跑料或边部切料；
g. 熔化温度过低（主要是玻璃液温度）；
h. 碹顶硅质泥料掉入窑中进入玻璃液。
（若以上7种原因都被排除的话，
可认可这条原因）。
显微结构
结石中存在残余石英颗粒，周围可能伴随有羽状鳞石英晶体。
应采取的措施
a. 严格控制硅砂的上、下限粒度，在混合机正常运转（如混合机出故障，
可排除以下其它产生原因）情况下，通过配合料均匀度测定实验，给出
合理的调合参数，以保证配合料具有良好的均匀性。
b. 保证合理的配料参数及称量精度。
c. 加强熔化操作，保证在换火时，不切料，稳定料山及泡界线位置。
d. 加强前区熔化，调整热负荷，建立合理的温度曲线，提高玻璃液温度。
e. 冷修烤窑后及热修时，制定合理的操作方案，避免硅质泥料落入窑中
2、碹滴
(1) 外观
它是一些尺寸大小不等的不透明的或半透明的结石，颜色为白色、灰色、深色、浅黑色等。
结石中央呈原砖状，边部有溶解蚀变和析晶。
结石旁波及较大，常常还伴随有裂纹。
(2) 显微结构
呈方石英，鳞石英晶体，晶体粗大的鳞石英多呈矛头状双晶，单偏光下，呈浅黄色，突起较低，正交光下，有灰白、浅黄的干涉色。
方石英及磷石英显微结构
产生原因
熔化部碹顶硅砖的剥落物，产生部位从前区L型吊墙至熔化部后山墙都有。
产生部位不同，其化学组成及物相组成都有所不同。
a. 产生于前区L型吊墙。
（晶型排列不整齐）。
b. 产生于前区碹顶的中部。
（晶体排列整齐，呈玉黍状或团粒状）
c. 产生于前区碹顶边部（晶型排列如L型吊墙）。
d. 产生于热点后部碹顶（晶型排列整齐）这个部位是温度相对较低，碱
性组分、芒硝分解产物易在此处凝聚，侵蚀较严重。
e. 产生于熔化部后山墙（晶体中含有硫元素），呈钟乳石状的熔融凝聚物，
可能有残砖存在。
f. 重油含硫量过高，水分过大或助燃风量过大，对碹砖的冲击及侵蚀。
采取措施
a. 减少熔窑前区粉料的飞散及配合料组成的挥发。
b. 调整火焰角度，减少火焰对碹顶的上扬烧损。
c. 在不影响熔化的前题下，可考虑适当降低熔窑温度。
d. 在满足澄清的前题下，尽量减少澄清剂芒硝的用量。
e. 定期处理后山墙的挂帘子。
f. 提高重油质量，降低水份含量，稳定风量及窑压。