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石英坩埚的发展历程
- 2019-09-23-

  前期的石英坩埚是全部的透明的结构,这种透明的结构却简略引起导致不均匀的热传输条件,增加晶棒生长的困难度。

  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供应的辐射热源。气泡空乏层的目的在于籍着下降与溶液触摸区域的气泡密度,而改进单晶生长的成功率及晶棒质量。

  因为石英坩埚本身对错晶质的介态能,在恰当的条件下它会发生相改变而构成安稳的白矽石结晶态,单晶发生位错的机率跟着石英坩埚的使用时间及温度增加而增加。因此石英坩埚的使用总是有着时间的束缚,超越必定的时间,过多的白矽石颗粒将从石英坩埚壁释放出来,使得零位错的生长而中止。这种石英坩埚使用寿命的束缚,是生长更大尺度晶棒及(屡次加料)晶棒生长的一大阻止。

  为了处理这一问题,钡涂层坩埚应运而生了。这是因为钡在矽中的平衡偏析系数十分小,使得他在矽晶棒中的浓度小于2.5x109/cm3,因此不会影响到晶圆的质量。

  一般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),这层氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应构成碳酸钡。而当这种石英坩埚在单晶炉上被加热时,碳酸钡会分解构成氧化钡,跟着氧化钡与石英坩埚反应构成矽酸钡(BaSiO3)。

  因为矽酸钡的存在,使得石英坩埚壁上构成一层细密细微的白矽石结晶。这种细微的白矽石结晶很难被溶液渗入而掉落,即便掉落也很快被溶液溶解掉,因此目前市场广泛使用的钡涂层坩埚可以大幅度的改进石英坩埚的使用寿命及长晶良率。另外在石英坩埚外壁构成一层白矽石结晶的又可以增加石英坩埚的强度,削减高温软化现象。

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