
直拉单晶制造法(Czochralski,CZ法)是把原料多硅晶块放入石英坩埚中,在单晶炉中加热融化,再将一根直径只有12mm的棒状晶种(称籽晶)浸入融液中。在合适的温度下,融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶,成为单晶体。把晶种慢慢旋转并向上提升,融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶,并延续其规则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定,就可以周而复始地形成结晶,最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体,即硅单晶锭。当结晶加快时,晶体直径会变粗,提高升速可以使直径变细,增加温度能抑制结晶速度。反之,若结晶变慢,直径变细,则通过降低拉速和降温去控制。拉晶开始,先引出一定长度,直径为3~5mm的细颈,以消除结晶位错,这个过程叫做引晶。然后放大单晶体直径至工艺要求,进入等径阶段,直至大部分硅融液都结晶成单晶锭,只剩下少量剩料。停炉后取出单晶棒,一个工艺过程结束。
其中热场是硅材料成晶的最重要的条件之一。单晶炉也不例外,热场的梯度分布直接影响着能不能拉出单晶,以及拉制单晶的质量好坏。因而热场的设计和改进对一个有竞争力的拉晶厂家来说非常重要,尤其是当硅料松动乃至完全解决的时候,热场的节能设计等要求将直接关系到最终产品的竞争力,这是任何一个拉晶企业所不能忽视的。

热场的部件主要包括石墨加热器、三瓣坩埚、导流筒、保温筒、埚托、坩埚轴、炉底护盘等等,各家在设计过程中会略有不同,热场的各个部件主要是采用石墨材料加工而成的,而石墨炭素材料从制成原理分成等静压、挤压和模压三种,而等静压又会根据不同企业分成不同牌号。热场关键部件如石墨加热器、三瓣坩埚、导流筒等原则上是必须要求用等静压材的,而各家热场加工企业的报价不同不能单纯从总体上去判断,而是从其各个部件使用的材料上去分析。只有各部件材料完全使用一样了,比较起来才有意义。
中国目前生产加热器的厂家很多,所使用的材料也多是日本和德国的石墨炭素材料,部分使用国产的材料,生产水平各家之间参差不齐,这给我们选购带来了一定的难度,因此不能从价格上对热场采购“一刀切”,而应该从材料、加工水平、加工周期、使用周期、企业热场设计改进的软实力等多方面去综合衡量。

石墨坩埚良好的热导性和耐高温性,热膨胀系数小,对急热、急冷具有一定抗应变性能对酸,碱性溶液的抗腐蚀性较强,具有优良的化学稳定性冶金、铸造、机械、化工等工业部门的生产原料,坩埚的生产原料,可概括为三大类型。一是结晶质的天然石墨,二是可塑性的耐火粘土,三是经过煅烧的硬质高岭土类骨架熟料。近年来,开始采用耐高温的合成材料,如:碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁等做坩埚的骨架熟料。这种熟料对提高坩埚产品质量,增强坩埚密度和机械强度有着显著效果。坩埚的成型,有三种方法,较原始古老的成型方法是手塑成型。第二种是旋塑成型法第三种是压型成型法
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