CN101956230A

CN101956230A - 一种石英玻璃坩埚及其制备方法

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Publication number: CN101956230A
Application number: CN2010105220283A
Authority: CN
Inventors: 王春来; 周勇; 渥美崇
Original assignee: Advanced Quartz Material Hangzhou Co Ltd
Current assignee: Advanced Quartz Material Hangzhou Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-01-26

Abstract

本发明公开了一种石英玻璃坩埚，所述石英玻璃坩埚的坩埚基体的内表面上涂敷有理论厚度为50~2000um的透明涂层，所述透明涂层是通过熔融掺杂有碱土金属元素的石英砂制备得到，所述碱土金属元素是指镁元素、钡元素、锶元素或钙元素，所述碱土金属元素来自于氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属的盐或碱土金属的碱与碱土金属的盐任意比例的混合物，所述掺杂有碱土金属元素的石英砂中碱土金属元素的质量百分含量为50~2000ppm。本发明还公开了所述石英玻璃坩埚的制备方法。本发明提供的石英玻璃坩埚具有较高的耐久使用性，坩埚使用过程中内表面透明涂层不易发生脱落剥离等对拉晶过程造成不利影响的现象，拉制单晶硅的无位错比例高，拉晶效果好。

Description

一种石英玻璃坩埚及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种石英玻璃坩埚，特别是在提拉法生产单晶硅中使用的石英玻璃坩埚，以及所述石英玻璃坩埚的制备方法。

(二)背景技术

石英坩埚作为直拉单晶硅过程中盛放多晶硅料的容器被广泛采用，因此石英坩埚作为与单晶硅料直接接触的物体，决定了单晶硅能否顺利生产的关键因素。其中在直拉法生产单晶硅过程中，造成拉晶失败的一个主要原因，就是在石英玻璃坩埚内表面上形成的方石英脱落后进入熔融的硅熔体当中造成的。

目前，解决此问题的方法中，多采用含有碱土金属的结晶促进剂涂覆到坩埚内表面上，以在单晶拉制的早期阶段，坩埚内表面形成致密的方石英结晶层来抑制脱落，例如中国专利03108420在坩埚的整个或部分侧面上涂覆金属氧化物涂层；中国专利02154513.8中采用在坩埚表面上涂布结晶促进剂后，进行高温烧成的方法，将涂层烧成在坩埚上。

但这些涂层方法中，存在着如下问题：

(1)由于坩埚内表面上的涂层与坩埚内表面的结合力较弱，涂层容易在运输和使用过程中发生脱落，使得涂层不能起到本应有的效果，甚至引起反作用；

(2)由于这些涂层的粘附力较弱，因此在洗涤过程中非常容易被冲洗掉，尤其不能满足坩埚进行酸洗净的要求；

(3)该工艺是在坩埚制作完成后，进行的涂层加工，工艺流程长，操作复杂，以及存在着坩埚易被二次污染等严重影响坩埚质量的风险，同时易对工人的健康造成不利影响。

(三)发明内容

本发明的目的是为了提供一种石英玻璃坩埚及其制备方法，以解决坩埚在使用过程中内表面上方石英脱落对拉晶产生不良影响等问题。

本发明采用的技术方案是：

一种石英玻璃坩埚，所述石英玻璃坩埚包括坩埚基体，其特征在于所述石英玻璃坩埚的坩埚基体的内表面上涂敷有理论厚度为50～2000um的透明涂层，所述透明涂层是通过熔融掺杂有碱土金属元素的石英砂制备得到，所述石英砂为天然石英砂、合成石英砂或两者以任意比例的混合，优选合成石英砂，所述碱土金属元素是指镁元素、钡元素、锶元素或钙元素，优选钡元素，所述碱土金属元素来自于氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属的盐或碱土金属的碱与碱土金属的盐任意比例的混合物，所述掺杂有碱土金属元素的石英砂中碱土金属元素的质量含量为50～2000ppm，所述内表面是指坩埚基体的底部内表面、坩埚基体的壁部内表面或坩埚基体的全部内表面。

所述碱土金属的碱为下列之一或两种以上的混合：氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化锶或氢氧化钙，优选氢氧化钡。

所述碱土金属的盐为碱土金属无机盐和/或碱土金属有机盐。所述碱土金属无机盐为下列中的一种或两种以上的混合：MeX_n，n为1或2，其中Me为Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺或Ca²⁺，X为F^-、Cl^-、COO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-、CO₃ ^2-、SiO₃ ^2-或C₂O₄ ^2-；X为F^-、Cl^-、COO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-时，n＝2；X为CO₃ ^2-、SiO₃ ^2-或C₂O₄ ^2-时，n＝1。所述碱土金属有机盐为下列中的一种或两种以上的混合：(R)₂M，其中M为Mg、Ba、Sr或Ca，R为C_mH_2m+1COO，m＝3～8的整数。

所述透明涂层的理论厚度为50～2000um，优选500um～1000um，根据预计透明涂层的厚度b和预计涂敷的内表面的面积S，可按公式m＝K×S×b×ρ计算出所需掺杂有碱土金属元素的石英砂的质量用量m，其中K为不同尺寸直径坩埚经验系数，K＝1.5～2.0，ρ为掺杂有碱土金属元素的石英砂的密度，然后熔融制得所述透明涂层。所述按公式m＝K×S×b×ρ计算时，各参数单位必须统一。

本发明所述ρ为掺杂有碱土金属元素的石英砂在高温熔融之前的正常密度，掺杂有碱土金属元素的石英砂经熔融之后，密度通常会增大，为了使实际熔融得到的透明涂层的厚度与预计透明涂层的厚度一致，在计算所需掺杂有碱土金属元素的石英砂质量用量m时，熔融之后掺杂有碱土金属元素的石英砂相比于熔融之前的石英砂的密度增大的倍数，也体现在系数K之中。所述的透明涂层通过在用坩埚模具制备石英玻璃坩埚基体时，待坩埚基体熔融成型后，再在所述的坩埚模具上接电极通入强电流，进而在所述的模具内瞬间形成高温状态(大于2000℃)的电弧，然后均匀地投入掺杂有碱土金属元素的石英砂，经高温熔融后涂敷在石英玻璃坩埚基体的内表面，得到所述的透明涂层。

更具体的，所述的石英玻璃坩埚的坩埚基体是由天然石英砂熔融制得。

所述掺杂有碱土金属元素的石英砂中碱土金属元素的质量含量优选为50ppm～80ppm。

更具体的，所述掺杂有碱土金属元素的石英砂可按以下方法得到：将氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属的盐或碱土金属的碱与碱土金属的盐任意比例的混合物配制成质量百分含量为0.01～50％的溶液，加入到石英砂中，所述石英砂为天然石英砂、合成石英砂或两者以任意比例的混合，充分搅拌混合，然后在50～1000℃下干燥1～10小时(优选200～300℃下干燥2～5小时)，得到掺杂有碱土金属元素的石英砂，使碱土金属元素在石英砂中的质量含量为50～2000ppm。

所述溶液为水溶液或有机溶液，更具体的，所述氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属无机盐或碱土金属的碱与碱土金属无机盐的混合物通常只能溶于水配成水溶液；所述碱土金属有机盐通常只能溶于有机溶剂配成有机溶液，所述有机溶剂为下列之一或两种以上的混合：C1～C5的醇、C2～C8的酯、C7～C11的烷基取代苯，有机溶剂优选为下列之一或两种以上的混合：甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、异丁醇、1-戊醇、2-戊醇、2-甲基-2戊醇、异戊醇、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯，最优选甲苯或乙酸乙酯。

所述配制好的溶液加入到石英砂中，充分搅拌混合，然后在50～1000℃(优选200～300℃)下干燥1～10小时的操作，可以多次进行，使碱土金属元素在石英砂中的质量含量为50～2000ppm即可。多次操作时，所述溶液可以是配制好的相同的溶液分次加入，分次干燥，也可以是不同的溶液分次加入，分次干燥，最终使使碱土金属元素在石英砂中的质量含量为50～2000ppm即可。特别对于碱土金属元素来自于碱土金属有机盐和碱土金属的碱、碱土金属有机盐和碱土金属无机盐或碱土金属有机盐、碱土金属的碱、碱土金属无机盐三种的混合时，碱土金属有机盐溶于有机溶剂配成有机溶液，碱土金属的碱、碱土金属无机盐或碱土金属的碱、碱土金属无机盐两者的混合分别溶于水配成水溶液，则有机溶液与水溶液必须分开进行操作。这应当是本领域人员公知的处理方法。

较为具体的，本发明所述石英玻璃坩埚按照以下方法制得：

(1)将氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属的盐或碱土金属的碱与碱土金属的盐任意比例的混合物配制成质量百分含量为0.01～50％的溶液，加入到石英砂中，所述石英砂为天然石英砂、合成石英砂或两者以任意比例的混合，充分搅拌混合，然后在50～1000℃(优选200～300℃)下干燥1～10小时，得到掺杂有碱土金属元素的石英砂，使碱土金属元素在石英砂中的质量含量为50～2000ppm；所述碱土金属的碱为下列之一或两种以上的混合：氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化锶或氢氧化钙，优选氢氧化钡。

所述碱土金属的盐为碱土金属无机盐和/或碱土金属有机盐。所述碱土金属无机盐为下列中的一种或两种以上的混合：MeX_n，n为1或2，其中Me为Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺或Ca²⁺，X为F^-、Cl^-、COO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-、CO₃ ^2-、SiO₃ ^2-或C₂O₄ ^2-；X为F^-、Cl^-、COO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-时，n＝2；X为CO₃ ^2-、SiO₃ ^2-或C₂O₄ ^2-时，n＝1。所述碱土金属有机盐为下列中的一种或两种以上的混合：(R)₂M，其中M为Mg、Ba、Sr或Ca，R为C_mH_2m+1COO，m＝3～8的整数；

(2)将天然石英砂放入旋转的坩埚模具中，在离心力作用下所述天然石英砂形成坩埚状，然后对坩埚模具上方的电极通入强电流形成2000℃以上高温状态的电弧，缓慢地将天然石英砂融化并形成坩埚基体，待坩埚基体熔融成型后，将步骤(1)得到的掺杂有碱土金属元素的石英砂，以50～100g/分钟的速度均匀投入到坩埚基体的内表面，所述内表面为坩埚基体的底部内表面、坩埚基体的壁部内表面或坩埚基体的全部内表面，投料结束并熔融完成后，冷却后取出，即制得所述石英玻璃坩埚。所述掺杂有碱土金属元素的石英砂的质量用量m以预计透明涂层的厚度b和预计涂敷的内表面的面积S，按照公式m＝K×S×b×ρ计算得到，其中K为不同尺寸直径坩埚经验系数，K＝1.5～2.0，ρ为掺杂有碱土金属元素的石英砂的密度，所述预计透明涂层的厚度b为50～2000um。所述步骤(1)中，所述碱土金属的碱优选为氢氧化钡；所述碱土金属无机盐优选为碳酸钡或硅酸钡，所述碱土金属有机盐优选硬脂酸钡或异辛酸钡。

本发明提供的石英玻璃坩埚在单晶硅拉制的高温过程中，由于坩埚内表面的透明涂层中掺杂有碱土金属元素，在单晶拉制的早期阶段坩埚内表面便形成了均匀致密的方石英层，其结果是可获得高无位错比例的硅单晶体。

因此本发明的有益效果主要体现在：

(1)由于此石英玻璃坩埚的内表面上附着的透明涂层，是在电弧法生产坩埚的熔融过程中将石英砂均匀投入到坩埚的内表面形成的，因此，它在坩埚的内表面具有较好的均匀分布性。

(2)本发明提供的石英玻璃坩埚具有较高的耐久使用性，坩埚使用过程中内表面透明涂层不易发生脱落剥离等对拉晶过程造成不利影响的现象，拉制单晶硅的无位错比例高，拉晶效果好。

(3)本发明方法制作的石英玻璃坩埚在经受酸洗和高压水洗后，内表面透明涂层仍然存在。

(4)由于本发明方法是在石英玻璃坩埚熔融过程中实现的内表面涂层，因此该坩埚的制备方法操作简单、坩埚生产工艺流程较短。

(5)整个石英玻璃坩埚生产过程采用全自动进行，实现了坩埚批量生产的均匀一致性，同时避免了对工人的健康造成损害。

(四)附图说明

图1实施例1制得的石英玻璃坩埚横截面图片。

图2在拉晶环境中使用前的石英玻璃坩埚。

图3在拉晶环境中使用后的石英玻璃坩埚。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

掺杂有碱土金属元素钡的石英砂的配制方法：称取一定质量的含有碱土金属元素钡的化合物，溶于溶剂中配制成溶液，然后将该溶液加到石英砂中，充分搅拌混合均匀后干燥，即可制得含有碱土金属元素钡的石英砂。

按照上述方法配制含有碱土金属元素钡的石英砂，具体含有碱土金属元素的化合物、溶剂等对应和对应用量等如下表1：

表1

实施例1

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号a的掺杂有碱土金属钡50ppm的合成石英砂833g(预计厚度b＝1000um，预计涂敷的底部内表面积s＝350mm²，密度ρ＝1.4g/mm³，取系数K＝1.7)，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的底部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为1000um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例2

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号a的掺杂有碱土金属钡50ppm的合成石英砂833g(预计厚度b＝1000um，预计涂敷的壁部内表面积s＝350mm²，密度ρ＝1.4g/mm³，取系数K＝1.3)，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的壁部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为1000um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例3

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号d的掺杂有碱土金属钡50ppm的合成石英砂833g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为500um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例4

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号e的掺杂有碱土金属钡50ppm的合成石英砂833g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为500um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例5

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号b的掺杂有碱土金属钡100ppm的合成石英砂416g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为250um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例6

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号b的掺杂有碱土金属钡100ppm的合成石英砂208g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的壁部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为250um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例7

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号b的掺杂有碱土金属钡100ppm的合成石英砂416g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的底部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为500um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例8

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号b的掺杂有碱土金属钡100ppm的合成石英砂416g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的壁部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为500um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例9

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号c的掺杂有碱土金属钡100ppm的天然石英砂和合成石英砂的混合砂416g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为250um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例10

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号f的掺杂有碱土金属钡200ppm的合成石英砂的混合砂416g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为250um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例11

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号g的掺杂有碱土金属钡400ppm的合成石英砂167g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为100um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例12

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号h的掺杂有碱土金属钡800ppm的天然石英砂167g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为100um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例13

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号i的掺杂有碱土金属钡1000ppm的天然石英砂167g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为100um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例14

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号j的掺杂有碱土金属钡1500ppm的天然石英砂167g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为100um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例15

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号k的掺杂有碱土金属钡2000ppm的天然石英砂83g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为50um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例16

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号l的掺杂有碱土金属钡2000ppm的天然石英砂83g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为50um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

实施例17

实施例18

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型后，调整投料管位置，将型号l的掺杂有碱土金属钡2000ppm的天然石英砂和合成石英砂的混合石英砂83g，以100g/分钟的速度均匀投入到石英玻璃坩埚基体的全部内表面，待投料结束并熔融完成后，冷却后将坩埚取出，制得内表面掺杂有钡的透明涂层(理论厚度为50um)的石英玻璃坩埚，与比较例进行对比，分析评价结果见表2。

比较例1：

将25Kg的天然石英砂放入到旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状，然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚，冷却后取出，得到无表面处理的普通石英坩埚。

比较例2：

将25Kg的天然石英砂放入旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状。然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型，冷却后取出，得到无表面处理的普通石英坩埚基体，然后在石英坩埚基体的全部内表面上，均匀喷涂100g浓度为1.5％的氢氧化钡溶液，并在200℃下干燥2小时，制得内表面涂覆有钡的石英玻璃坩埚。

比较例3：

将25Kg的天然石英砂放入旋转的20英寸坩埚模具中，通过离心力作用将该天然石英砂形成石英坩埚状。然后对模具上方的电极通入强电流，进而在模具内瞬间形成＞2000℃的高温状态的电弧，缓慢的将石英砂融化成石英坩埚基体，待石英坩埚基体熔融成型，冷却后取出，得到无表面处理的普通石英坩埚基体，然后在石英坩埚基体的底部内表面上，均匀喷涂含有100g浓度为1.5％的异戊酸钡的甲苯溶液，并在800℃下干燥3小时，制得内表面涂覆有钡的石英玻璃坩埚。

为了表征本发明石英坩埚与内表面涂覆含钡溶液涂层坩埚的对比性能，分别采用的表征方法为：(1)用压力为0.2MPa的高压水冲洗坩埚内表面25分钟，对比冲洗前后坩埚内表面单位表面积残留的金属氧化物的量；(2)在浓度为10％的HF酸中浸泡5分钟后，再用纯水洗净坩埚内表面，对比酸洗净前后坩埚内表面单位表面积残留的金属氧化物的量；(3)将坩埚进行拉单晶测试，对比几种坩埚拉制出来的单晶硅的无位错比例(无位错比例的计算方法为无位错单晶的质量占装入坩埚内多晶硅的质量比例)。测试结果如下表2所示。

表2

Claims

1.一种石英玻璃坩埚，所述石英玻璃坩埚包括坩埚基体，其特征在于所述石英玻璃坩埚的坩埚基体的内表面上涂敷有理论厚度为50~2000um的透明涂层，所述透明涂层是通过熔融掺杂有碱土金属元素的石英砂制备得到，所述石英砂为天然石英砂、合成石英砂或两者以任意比例的混合，所述碱土金属元素是指镁元素、钡元素、锶元素或钙元素，所述碱土金属元素来自于氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属的盐或碱土金属的碱与碱土金属的盐任意比例的混合物，所述掺杂有碱土金属元素的石英砂中碱土金属元素的质量含量为50~2000ppm，所述内表面是指坩埚基体的底部内表面、坩埚基体的壁部内表面或坩埚基体的全部内表面。

2.如权利要求1所述的石英玻璃坩埚，其特征在于所述的透明涂层通过在用坩埚模具制备石英玻璃坩埚基体时，待坩埚基体熔融成型后，再在所述的坩埚模具上接电极通入强电流，进而在所述的模具内瞬间形成高温状态的电弧，然后均匀地投入掺杂有碱土金属元素的石英砂，经高温熔融后涂敷在石英玻璃坩埚基体的内表面，得到所述的透明涂层。

3.如权利要求2所述的石英玻璃坩埚，其特征在于所述坩埚基体是由天然石英砂熔融制得。

4.如权利要求1所述的石英玻璃坩埚，其特征在于所述碱土金属的碱为下列之一或两种以上的混合：氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化锶或氢氧化钙；所述碱土金属的盐为碱土金属无机盐和/或碱土金属有机盐，所述碱土金属无机盐为下列中的一种或两种以上的混合：MeX_n，n为1或2，其中Me为 Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺或Ca²⁺，X为F^-、Cl^-、COO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-、CO₃ ^2-、SiO₃ ^2-或C₂O₄ ^2-；X为F^-、Cl^-、COO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-时，n=2；X为CO₃ ^2-、SiO₃ ^2-或C₂O₄ ^2-时，n=1；所述碱土金属有机盐为下列中的一种或两种以上的混合：(R)₂M，其中M为 Mg、Ba、Sr或Ca，R为C_mH_2m+1COO， m=3~8的整数。

5.如权利要求4所述的石英玻璃坩埚，其特征在于所述掺杂有碱土金属元素的石英砂可按以下方法得到：将氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属的盐或碱土金属的碱与碱土金属的盐任意比例的混合物配制成质量百分含量为0.01~50%的溶液，加入到石英砂中，所述石英砂为天然石英砂、合成石英砂或两者以任意比例的混合，充分搅拌混合，然后在50~1000℃下干燥1~10小时，得到掺杂有碱土金属元素的石英砂，使碱土金属元素在石英砂中的质量含量50~2000ppm。

6.如权利要求5所述的石英玻璃坩埚，其特征在于所述石英玻璃坩埚按照以下方法制得：

（1）将氧化钡、碱土金属的碱、碱土金属的盐或碱土金属的碱与碱土金属的盐任意比例的混合物配制成质量百分含量为0.01~50%的溶液，加入到石英砂中，所述石英砂为天然石英砂、合成石英砂或两者以任意比例的混合，充分搅拌混合，然后在50~1000℃下干燥1~10小时，得到掺杂有碱土金属元素的石英砂，使碱土金属元素在石英砂中的质量百分含量50~2000ppm；所述碱土金属的碱为下列之一或两种以上的混合：氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化锶或氢氧化钙；

所述碱土金属的盐为碱土金属无机盐和/或碱土金属有机盐，所述碱土金属无机盐为下列中的一种或两种以上的混合：MeX_n，n为1或2，其中Me为 Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺或Ca²⁺，X为F^-、Cl^-、COO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-、CO₃ ^2-、SiO₃ ^2-或C₂O₄ ^2-；X为F^-、Cl^-、COO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-时，n=2；X为CO₃ ^2-、SiO₃ ^2-或C₂O₄ ^2-时，n=1；所述碱土金属有机盐为下列中的一种或两种以上的混合：(R)₂M，其中M为 Mg、Ba、Sr或Ca，R为C_mH_2m+1COO， m=3~8的整数；

（2）将天然石英砂放入旋转的坩埚模具中，在离心力作用下所述天然石英砂形成坩埚状，然后对坩埚模具上方的电极通入强电流形成2000℃以上高温状态的电弧，缓慢地将天然石英砂融化并形成坩埚基体，待坩埚基体熔融成型后，将步骤（1）得到的掺杂有碱土金属元素的石英砂，以50~100g/分钟的速度均匀投入到坩埚基体的内表面，所述内表面为坩埚基体的底部内表面、坩埚基体的壁部内表面或坩埚基体的全部内表面，投料结束并熔融完成后，冷却后取出，即制得所述石英玻璃坩埚；所述掺杂有碱土金属元素的石英砂的质量用量m以预计透明涂层的厚度b和预计涂敷的内表面的面积S，按照公式m=Κ×S×b×ρ计算得到，其中Κ为不同尺寸直径坩埚经验系数，Κ=1.2～1.8，ρ为掺杂有碱土金属元素的石英砂的密度，所述预计透明涂层的厚度b为50~2000um。

7.如权利要求6所述的石英玻璃坩埚，其特征在于所述碱土金属的碱为氢氧化钡；所述碱土金属无机盐为碳酸钡或硅酸钡，所述碱土金属有机盐为硬脂酸钡或异辛酸钡。