CN110552057A - 一种新型石英坩埚及提高单晶硅棒尾部寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型石英坩埚，包括直筒部和置于所述直筒部下方的弯曲部，再所述直筒部和所述弯曲部之间设有连接部，所述直筒部、所述连接部和所述弯曲部一体设置；所述直筒部从内向外依次设有内涂层、透明层、气泡层和外涂层，所述连接部和所述弯曲部从内向外依次设有所述透明层、所述气泡层和所述外涂层。本发明还提出一种采用该新型石英坩埚提高单晶硅棒尾部寿命的方法。本发明新型石英坩埚，结构设计合理，可防止石英坩埚上端开口处的变形，提高石英坩埚的强度，提高石英坩埚的使用寿命；同时利用该石英坩埚拉制出的单晶硅棒的尾部寿命可达到均有所提高，单晶硅棒的成晶率好，且转化效率高，使用于P型和N型单晶硅棒的拉制，适普性高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能级直拉硅单晶炉技术领域，尤其是涉及一种新型石英坩埚及提高单晶硅棒尾部寿命的方法。
背景技术
石英坩埚是拉制单晶硅的主要耗材，每生产一炉单晶硅就需要用掉一只石英坩埚，目前太阳能级用单晶硅的发展主要向大尺寸、薄片化以及高转化效率方向发展，而石英坩埚是是保证单晶硅生长的重要材料，石英坩埚的好坏直接决定着单晶硅的质量和使用寿命。
在熔料过程中，石英坩埚受高温温度变化的影响，在石英坩埚上段部容易发生变形，使得石英坩埚的上端面出现卷边现象，降低其使用寿命，使得石英坩埚与碳碳坩埚分离困难。
同时，现有技术中，常在石英坩埚内壁再涂敷一层氢氧化钡溶液，再石英坩埚内壁形成一层结晶层，来提高石英坩埚的强度，这一方式不仅工作流程复杂，而且若结晶层被硅溶液很容易使石英坩埚表面软化，进而会降低石英坩埚的使用寿命；在内壁涂敷氢氧化钡溶液容易造成进入硅溶液中的钡离子含量增加，从而会降低单晶硅棒尾部的使用寿命。同时若在制备石英坩埚过程中把控不到位，会在石英坩埚内壁出现很多小孔，甚至会增加石英坩埚内壁的金属离子，在拉制单晶硅棒过程中，高温会使石英坩埚中的金属离子与熔融的硅液产生反应，使得拉制后的硅棒中的杂质较多，降低单晶硅棒尾部的使用寿命，从而也会影响单晶硅片的转化效率。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种新型石英坩埚及提高单晶硅棒尾部寿命的方法，适用于P型和N型单晶硅棒的拉制，解决了现有技术中石英坩埚上端面容易出现卷边，而且使用寿命短，拉制出的单晶硅棒成晶率低、单晶尾部使用寿命低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种新型石英坩埚，包括直筒部和置于所述直筒部下方的弯曲部，再所述直筒部和所述弯曲部之间设有连接部，所述直筒部、所述连接部和所述弯曲部一体设置；所述直筒部从内向外依次设有内涂层、透明层、气泡层和外涂层，所述连接部和所述弯曲部从内向外依次设有所述透明层、所述气泡层和所述外涂层。
进一步的，所述透明层由99.9999％的高纯度石英砂粉与少量钡粉混合制成。
进一步的，所述钡粉含量为0.03-0.05g/kg。
进一步的，所述内涂层置于所述透明层内壁，所述内涂层上端面与所述透明层上端面平齐设置；所述内涂层高度为30-50mm。
进一步的，所述外涂层置于所述气泡层外壁，所述外涂层内壁与所述气泡层外壁相适配。
进一步的，所述内涂层厚度和所述外涂层厚度均小于所述气泡层厚度；所述内涂层厚度不大于所述外涂层厚度。
进一步的，所述内涂层和所述外涂层均由喷涂氢氧化钡溶液形成的涂层。
进一步的，所述氢氧化钡溶液为饱和溶液。
一种提高单晶硅棒尾部寿命的方法，采用如上所述的石英坩埚进行单晶硅棒拉制。
进一步的，拉制后的所述单晶硅棒直径为160-320mm。
采用本发明设计的石英坩埚，结构设计合理，可防止石英坩埚上段部靠近上端面处出现卷边，提高内壁面强度，避免出现变形；不仅可提高了坩埚的使用寿命，而且可提高单晶硅棒的成晶率，提高单晶硅棒尾部的寿命；本发明既可以用于拉制P型单晶硅棒又可以用于拉制N型单晶硅棒，且单晶硅棒拉制后的直径尺寸范围为160-320mm，适普性高，易于推广使用。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种新型石英坩埚的结构示意图。
图中：
10、内涂层 20、透明层 30、气泡层
40、外涂层
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提出一种新型石英坩埚，如图1所示，包括直筒部和设置在直筒部下方的弯曲部，弯曲部为向下凸起的圆弧形结构，弯曲部为对称设置，在直筒部和弯曲部之间设有连接部，连接部也为圆弧形结构，连接部的半径r小于弯曲部的半径R，连接部的两端分别与直筒部和弯曲部一体式切线连接设置，且直筒部、连接部和弯曲部的厚度相同。进一步的，在直筒部从内向外依次设有内涂层10、透明层20、气泡层30和外涂层40，连接部和弯曲部丛内向外依次均设有透明层20、气泡层30和外涂层40，其中，内涂层10的目的是提高石英坩埚远离固液界面的上段部的内壁强度，减少因高温导致的石英坩埚内壁的软化现象，防止出现卷边现象；透明层20的目的是在于降低与硅溶液接触区域的气泡密度，减弱气泡与硅溶液发生反应的剧烈程度，进而降低单晶晶体中的孔洞密度，从而改善单晶生长的成功率以及单晶硅棒的品质；气泡层30的目的是将加热器辐射的热量均匀地传导至石英坩埚的内层；外涂层40的目的是在石英坩埚外壁形成一层致密的方石英结晶层，不仅可增加石英坩埚的强度，减少石英坩埚在高温下被软化的现象，而且改善石英坩埚的使用寿命，提高单晶硅棒尾部寿命及成晶率。
具体的，透明层20和气泡层30是用真空电弧法制备而成的，透明层20是由99.9999％的高纯度石英砂粉与少量钡粉混合制成，其中，钡粉含量为掺入0.03-0.05g/kg；气泡层30是由低于透明层20中纯度的石英砂粉制成。因为石英砂粉在高温熔化时会含有空气，必须在抽真空条件下才能去除空气，使透明层20中没有气泡，气泡在气压差下都扩散到透明层20外侧的气泡层30中，由于气泡层30使用的石英砂粉的纯度低于透明层20中石英砂粉的纯度，则在制造过程中会存在许多微小气泡。进一步的，在制备透明层20和气泡层30时，先将透明层20中的石英砂粉与钡粉以及气泡层30中的石英砂粉都充分混合搅拌，一起向烧结模具中加料；再开始抽真空进行熔制，其中熔制炉内真空度不小于1.55Pa，抽真空是从上到下、从里到外逐步进行。在抽真空过程中，处于内侧的区域在这一气压下可完全去除气泡，形成一层厚度为3-5mm致密且均匀的透明层20；被去除的气泡在气压差下都扩散到透明层20的外侧形成一层厚度为1.5-3.5mm且具有高气泡密度的区域，即气泡层30。抽完真空后再用石墨电极起电弧，开始进行熔制烧结，高温烧结温度为1750-1850℃，烧结时间为35-45min，之后将电弧关闭，模具退出熔制炉，即可获得透明层20和气泡层30一体设置的毛坯坩埚。
在这一过程中，透明层20不仅表面光滑而且致密均匀，由于透明层20含有少量钡粉，钡粉经均匀搅拌混合后，经高温烧结形成氧化钡(BaO)，氧化钡与二氧化硅(SiO2)发生反应生成硅酸钡(BaSiO3)。由于硅酸钡的存在，使得在石英坩埚的透明层20的整个层上均匀地分散着细小致密的白硅石结晶，且与透明层20中的二氧化硅紧密契合连接，较现有技术中仅仅在内壁表面层上涂敷一层氢氧化钡(Ba(OH)2)而形成一个表层的白硅石层的效果更好，而且本实施例中获得的白石硅可与透明层20中的二氧化硅共融一体连接，很难被硅溶液渗入而剥落，也可保护内壁不易被腐蚀，不仅可增强石英坩埚的强度，提高石英坩埚的抗变形能力，而且还可减少石英坩埚高温软化，进而延长石英坩埚的使用寿命。同时还可降低石英坩埚内壁表面的温度，防止出现失透现象；此外还可降低石英坩埚与硅溶液接触区域的气泡密度，减弱气泡与硅溶液发生反应的剧烈程度，进而降低单晶晶体中的孔洞密度；同时采用此结构可减少单晶硅棒成晶过程中钡元素的引入，降低单晶生长过程中杂质的含量，从而达到改善单晶生长的成晶率的目的，提高单晶硅棒的品质。
内涂层10和外涂层40均是在透明层20和气泡层30制备完成后而开始进行。其中，内涂层10设置在透明层20内壁的上段部，且内涂层10的上端面与透明层20的上端面平齐设置，且内涂层10的高度为30-50mm。内涂层10的厚度和外涂层40的厚度均小于气泡层30的厚度，且内涂层10的厚度不大于外涂层40的厚度。具体地，内涂层10的厚度为0.4-0.6mm；外涂层40的厚度为0.5-1.5mm；内涂层10和外涂层40的厚度均小于气泡层30的厚度1.5-3.5mm，且气泡层30的厚度小于透明层20的厚度3-5mm。外涂层40置于气泡层30的外壁上，外涂层40的内壁与气泡层30的外壁相适配。
进一步的，内涂层10和外涂层40涂敷溶液均为饱和的氢氧化钡溶液(Ba(OH)2)，在涂敷溶液之前，需对一体加工设置的透明层20和气泡层30形成的毛坯坩埚进行清洗，先将毛坯坩埚浸入质量比为6-8％的氢氟酸(HF)酸洗槽内酸洗，然后再取出进入纯水中进行水洗，然后依次进行高压清洗及超声波清洗，目的是去除毛坯坩埚内外壁上的残余金属离子。再将氢氧化钡粉末溶于水形成饱和的氢氧化钡溶液，并将毛坯坩埚放入涂敷机内，对毛坯坩埚的内壁和外壁分别进行喷涂氢氧化钡溶液，最终形成厚度为0.4-0.6mm的内涂层10和厚度为0.5-1.5mm的外涂层40。具体涂敷机以及清洗槽均为本领域人员熟知内容，在此省略。氢氧化钡极易与空气中的二氧化碳(CO2)反应，生产碳酸钡(BaCO3)，分别在毛坯坩埚内壁上段部形成一层碳酸钡的内涂层10和在毛坯坩埚外壁形成一层碳酸钡的外涂层40，即分别在透明层20内壁上段部形成一段高度为30-50mm且厚度为0.4-0.6mm的碳酸钡内涂层10和在气泡层30的外壁上形成一层厚度为0.5-1.5mm的碳酸钡外涂层40，外涂层40的内壁结构与气泡层30的外壁结构相适配。通过上述步骤后，最终形成由内到外依次设置的内涂层10、透明层20、气泡层30和外涂层40的石英坩埚。
在透明层20的上段部的30-50mm高度内涂敷的内涂层10对单晶长晶影响很小，内涂层10的设置可使石英坩埚靠近上沿顶面的上段部快速析晶，形成一层致密层，这一致密层即是由于碳酸钡的内涂层10在直拉单晶过程的高温下容易发生分解反应，生成氧化钡(BaO)和二氧化碳(CO2)，而二氧化碳为气体被排出。同时通过气相作用，部分氧化钡到达石英坩埚表面后被石英坩埚表面吸收，产生石英坩埚分相，即氧化钡与二氧化硅反应生成硅酸钡(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。在石英坩埚上段部内涂层10的设置，不仅可增加石英坩埚的强度，降低石英坩埚上段部的卷边风险；而且还可减少由于高温导致的软化现象，提高石英坩埚的使用寿命，降低生产成本；同时还不会导致内涂层10对硅溶液产生杂质污染，保证单晶硅棒的电阻率。
外涂层40的碳酸钡紧贴石英坩埚外部的碳碳坩埚设置，其在高温化料时与内涂层10发生的变化相同，即容易发生分解反应生成氧化钡和二氧化碳，二氧化碳为气体被排出；同时通过气相作用，氧化钡到达石英坩埚表面后被石英坩埚表面吸收，产生石英坩埚分相，即氧化钡与二氧化硅反应生成硅酸钡，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。方石英结晶不仅可以减少碳碳坩埚对石英坩埚外壁的反应，降低碳碳坩埚对石英坩埚外壁的腐蚀，而且可增强石英坩埚的受热均匀性，提高石英坩埚外壁的强度，从而达到提高石英坩埚的使用时间的目的。进一步的，单晶硅棒尾部寿命的衰减与金属杂质的含量有关，而外涂层40的设置可减少钡离子进入硅溶液的含量，从而达到改善单晶硅棒尾部寿命目的。
本实施例提出的石英坩埚通过在石英砂中掺入微量的钡杂质的方式形成透明层20，可减少在内表面析晶反应的速度，延缓了致密层成核和长大的过程，从而提高了坩埚的使用寿命。同时在透明层20内壁上段部处均匀涂覆一层氢氧化钡溶液，可增强坩埚的强度，防止出现变形问题；在气泡层40的外壁喷涂氢氧化钡溶液可以促使坩埚外壁快速析晶，可增强石英坩埚外壁的强度，保护石英坩埚外壁不受腐蚀；也可防止石英坩埚的气泡层受腐蚀后影响石英坩埚自身的受热均匀性，从而提高石英坩埚的使用时间。
本结构的石英坩埚，在高温下可有效防止钡元素以及其它金属离子进入到熔融的硅液，不会出现钡离子富集现象，不仅可提高单晶硅棒的成晶率，而且还可提高单晶硅棒尾部的寿命。本发明既可以用于拉制P型单晶硅棒又可以用于拉制N型单晶硅棒，且单晶硅棒拉制后的直径尺寸范围为160-320mm，适普性高，易于推广使用。
一种新型石英坩埚的制备方法，步骤包括如下：
S1：制备由透明层20和气泡层30组成的毛坯坩埚
具体的，透明层20和气泡层30是用真空电弧法制备而成的，透明层20是由99.9999％的高纯度石英砂粉与少量钡粉混合制成，其中，钡粉含量为掺入0.03-0.05g/kg；气泡层30是由低于透明层20中纯度的石英砂粉制成。因为石英砂粉在高温熔化时会含有空气，必须在抽真空条件下才能去除空气，使透明层20中没有气泡，气泡在气压差下都扩散到透明层20外侧的气泡层30中，由于气泡层30使用的石英砂粉的纯度低于透明层20中石英砂粉的纯度，则在制造过程中会存在许多微小气泡。进一步的，在制备透明层20和气泡层30时，先将透明层20中的石英砂粉与钡粉以及气泡层30中的石英砂粉都充分混合搅拌，一起向烧结模具中加料；再开始抽真空进行熔制，其中熔制炉内真空度不小于1.55Pa，抽真空是从上到下、从里到外逐步进行。在抽真空过程中，处于内侧的区域在这一气压下可完全去除气泡，形成一层厚度为3-5mm致密且均匀的透明层20；被去除的气泡在气压差下都扩散到透明层20的外侧形成一层厚度为1.5-3.5mm且具有高气泡密度的区域，即气泡层30。抽完真空后再用石墨电极起电弧，开始进行熔制烧结，高温烧结温度为1750-1850℃，烧结时间为35-45min，之后将电弧关闭，模具退出熔制炉，即可获得透明层20和气泡层30一体设置的毛坯坩埚。
在这一过程中，透明层20不仅表面光滑而且致密均匀，由于透明层20含有少量钡粉，钡粉经均匀搅拌混合后，经高温烧结形成氧化钡(BaO)，氧化钡与二氧化硅(SiO2)发生反应生成硅酸钡(BaSiO3)。由于硅酸钡的存在，使得在石英坩埚的透明层20的整个层上均匀地分散着细小致密的白硅石结晶，且与透明层20中的二氧化硅紧密契合连接，较现有技术中仅仅在内壁表面层上涂敷一层氢氧化钡(Ba(OH)2)而形成一个表层的白硅石层的效果更好，而且本实施例中获得的白石硅可与透明层20中的二氧化硅共融一体连接，很难被硅溶液渗入而剥落，也可保护内壁不易被腐蚀，不仅可增强石英坩埚的强度，提高石英坩埚的抗变形能力，而且还可减少石英坩埚高温软化，进而延长石英坩埚的使用寿命。同时还可降低石英坩埚内壁表面的温度，防止出现失透现象；此外还可降低石英坩埚与硅溶液接触区域的气泡密度，减弱气泡与硅溶液发生反应的剧烈程度，进而降低单晶晶体中的孔洞密度；同时采用此结构可减少单晶硅棒成晶过程中钡元素的引入，降低单晶生长过程中杂质的含量，从而达到改善单晶生长的成晶率的目的，提高单晶硅棒的品质。
S2：制备内涂层10和外涂层40
具体地，内涂层10和外涂层40均是在透明层20和气泡层30制备完成后而开始进行。其中，内涂层10设置在透明层20内壁的上段部，且内涂层10的上端面与透明层20的上端面平齐设置，且内涂层10的高度为30-50mm。内涂层10的厚度和外涂层40的厚度均小于气泡层30的厚度，且内涂层10的厚度不大于外涂层40的厚度。具体地，内涂层10的厚度为0.4-0.6mm；外涂层40的厚度为0.5-1.5mm；内涂层10和外涂层40的厚度均小于气泡层30的厚度1.5-3.5mm，且气泡层30的厚度小于透明层20的厚度3-5mm。外涂层40置于气泡层30的外壁上，外涂层40的内壁与气泡层30的外壁相适配。
进一步的，内涂层10和外涂层40涂敷溶液均为饱和的氢氧化钡溶液(Ba(OH)2)，在涂敷溶液之前，需对一体加工设置的透明层20和气泡层30形成的毛坯坩埚进行清洗，先将毛坯坩埚浸入质量比为6-8％的HF酸洗槽内酸洗，然后再取出进入纯水中进行水洗，然后依次进行高压清洗及超声波清洗，目的是去除毛坯坩埚内外壁上的残余金属离子。再将氢氧化钡粉末溶于水形成饱和的氢氧化钡溶液，并将毛坯坩埚放入涂敷机内，对毛坯坩埚的内壁和外壁分别进行喷涂氢氧化钡溶液，最终形成厚度为0.4-0.6mm的内涂层10和厚度为0.5-1.5mm的外涂层40。具体涂敷机以及清洗槽均为本领域人员熟知内容，在此省略。氢氧化钡极易与空气中的二氧化碳(CO2)反应，生产碳酸钡(BaCO3)，分别在毛坯坩埚内壁上段部形成一层碳酸钡的内涂层10和在毛坯坩埚外壁形成一层碳酸钡的外涂层40，即分别在透明层20内壁上段部形成一段高度为30-50mm且厚度为0.4-0.6mm的碳酸钡内涂层10和在气泡层30的外壁上形成一层厚度为0.5-1.5mm的碳酸钡外涂层40，外涂层40的内壁结构与气泡层30的外壁结构相适配。通过上述步骤后，最终形成由内到外依次设置的内涂层10、透明层20、气泡层30和外涂层40的石英坩埚。
在透明层20的上段部的30-50mm高度内涂敷的内涂层10对单晶长晶影响很小，内涂层10的设置可使石英坩埚靠近上沿顶面的上段部快速析晶，形成一层致密层，这一致密层即是由于碳酸钡的内涂层10在直拉单晶过程的高温下容易发生分解反应，生成氧化钡(BaO)和二氧化碳(CO2)，而二氧化碳为气体被排出。同时通过气相作用，部分氧化钡到达石英坩埚表面后被石英坩埚表面吸收，产生石英坩埚分相，即氧化钡与二氧化硅反应生成硅酸钡(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。在石英坩埚上段部内涂层10的设置，不仅可增加石英坩埚的强度，降低石英坩埚上段部的卷边风险；而且还可减少由于高温导致的软化现象，提高石英坩埚的使用寿命，降低生产成本；同时还不会导致内涂层10对硅溶液产生杂质污染，保证单晶硅棒的电阻率。
外涂层40的碳酸钡紧贴石英坩埚外部的碳碳坩埚设置，其在高温化料时与内涂层10发生的变化相同，即容易发生分解反应生成氧化钡和二氧化碳，二氧化碳为气体被排出；同时通过气相作用，氧化钡到达石英坩埚表面后被石英坩埚表面吸收，产生石英坩埚分相，即氧化钡与二氧化硅反应生成硅酸钡，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。方石英结晶不仅可以减少碳碳坩埚对石英坩埚外壁的反应，降低碳碳坩埚对石英坩埚外壁的腐蚀，而且可增强石英坩埚的受热均匀性，提高石英坩埚外壁的强度，从而达到提高石英坩埚的使用时间的目的。进一步的，单晶硅棒尾部寿命的衰减与金属杂质的含量有关，而外涂层40的设置可减少钡离子进入硅溶液的含量，从而达到改善单晶硅棒尾部寿命目的。
一种提高单晶硅棒尾部寿命的方法，采用如上所述的石英坩埚进行单晶硅棒拉制。依次经过装料、抽真空、化料、稳温、引晶、放肩、转肩、等径和收尾后，拉制成成品的单晶硅棒，拉制后的单晶硅棒直径为160-320mm。
用本实施例中的石英坩埚与现有的石英坩埚对相同投料量以及相同拉制工艺进行单晶硅棒拉制直至石英坩埚埚底见尾部单晶，即拉制最后一段单晶硅棒是正常收尾，其中，以投料量均为1132kg，拉制工艺均相同，在此省略。拉制的单晶硅棒的长度相同，在长度方向的水平同一位置处取段，获得的钝化寿命值如表1所示。由表1可以看出，用本实施例的石英坩埚拉制出的尾部单晶硅棒钝化寿命的中位数为21.3us，现有技术的石英坩埚拉制出的尾部单晶硅棒钝化寿命的中位数为19.51，即用本实施例石英坩埚拉制的尾部单晶硅棒的钝化寿命较现有技术石英坩埚提高1.79us，提升9.17％，说明本实施例石英坩埚使用效果更好，对尾部单晶硅棒的寿命有提高。
表1本实施例与现有技术拉制的单晶硅棒分位数的钝化寿命值(us)对比
同时对上述两种石英坩埚进行拉制的单晶硅棒见埚底尾部寿命不合格重量进行检测对比，以20us为基础检验标准，结果如表2所示。从表2可知，用本实施例石英坩埚拉制的埚底尾部单晶硅棒总重量为2110.71Kg，其中寿命小于20us的不合格单晶硅棒的重量有27.9Kg，不良率占1.3％。现有技术石英坩埚拉制的尾部单晶硅棒总重量为98121.77Kg，其中寿命小于20us的不合格单晶硅棒的重量有4074.03Kg，不良率占4.2％。即用本实施例石英坩埚拉制的单晶硅棒见埚底尾部不合格棒料的重量占比较少，说明提高了单晶硅棒尾部寿命。
表2本实施例与现有技术拉制的单晶硅棒见埚底尾部寿命＜20us的重量对比
进一步的，分别用同一数量20只的本实施例石英坩埚和现有技术石英坩埚进行拉制直至石英坩埚埚底见尾部单晶，即拉制最后一段是正常收尾的单晶硅棒为计数量，并测试出所有正常收尾的单晶硅棒中寿命大于20us的单晶硅棒的数量有多少颗，占正常收尾的总拉制数量的比率的结果对比如表3所示，所有拉制工艺均相同，在此省略工艺描述。从表3中可知，共使用20只本实施例石英坩埚拉制单晶硅棒，共拉制出238颗见埚底尾部单晶硅棒，即拉制最后一段是正常收尾的单晶硅棒是238颗，其中有149颗的寿命是大于20us，占比为62.5％。用20只现有技术石英坩埚拉制单晶硅棒，共拉制出193颗见埚底尾部单晶硅棒，其中寿命大于20us的单晶硅棒有93颗，占比为48.2％。可知，用同样拉制工艺参数进行拉制，用本实施例石英坩埚拉制出的最后一段是正常收尾的单晶硅棒的颗粒数不仅多而且单晶寿命大于20us的数量也较多，不仅提高了尾部单晶硅棒寿命，而且还延长了石英坩埚的使用寿命。
表3本实施例与现有技术拉制的尾部单晶硅棒寿命＞20us的颗数对比
本发明具有的优点和积极效果是：
1、采用本发明设计的石英坩埚，结构设计合理，可防止石英坩埚上段部靠近上端面处出现卷边，提高内壁面强度，避免出现变形。
2、本实施例提出的石英坩埚通过在石英砂中掺入微量的钡杂质的方式形成透明层，可减少在内表面析晶反应的速度，延缓了致密层成核和长大的过程，从而提高了坩埚的使用寿命。
3、同时在透明层内壁上段部处均匀涂覆一层氢氧化钡溶液，可增强坩埚的强度，防止出现变形问题；在气泡层的外壁喷涂氢氧化钡溶液可以促使坩埚外壁快速析晶，可增强石英坩埚外壁的强度，保护石英坩埚外壁不受腐蚀；也可防止石英坩埚的气泡层受腐蚀后影响石英坩埚自身的受热均匀性，从而提高石英坩埚的使用时间。
4、本结构的石英坩埚，在高温下可有效防止钡元素以及其它金属离子进入到熔融的硅液，不会出现钡离子富集现象，不仅可提高单晶硅棒的成晶率，而且还可提高单晶硅棒尾部的寿命。
5、本发明既可以用于拉制P型单晶硅棒又可以用于拉制N型单晶硅棒，且单晶硅棒拉制后的直径尺寸范围为160-320mm，适普性高，易于推广使用。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种新型石英坩埚，其特征在于，包括直筒部和置于所述直筒部下方的弯曲部，再所述直筒部和所述弯曲部之间设有连接部，所述直筒部、所述连接部和所述弯曲部一体设置；所述直筒部从内向外依次设有内涂层、透明层、气泡层和外涂层，所述连接部和所述弯曲部从内向外依次设有所述透明层、所述气泡层和所述外涂层。
2.根据权利要求1所述的一种新型石英坩埚，其特征在于，所述透明层由99.9999％的高纯度石英砂粉与少量钡粉混合制成。
3.根据权利要求2所述的一种新型石英坩埚，其特征在于，所述钡粉含量为0.03-0.05g/kg。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种新型石英坩埚，其特征在于，所述内涂层置于所述透明层内壁，所述内涂层上端面与所述透明层上端面平齐设置；所述内涂层高度为30-50mm。
5.根据权利要求4所述的一种新型石英坩埚，其特征在于，所述外涂层置于所述气泡层外壁，所述外涂层内壁与所述气泡层外壁相适配。
6.根据权利要求5所述的一种新型石英坩埚，其特征在于，所述内涂层厚度和所述外涂层厚度均小于所述气泡层厚度；所述内涂层厚度不大于所述外涂层厚度。
7.根据权利要求1-3、5-6任一项所述的一种新型石英坩埚，其特征在于，所述内涂层和所述外涂层均由喷涂氢氧化钡溶液形成的涂层。
8.根据权利要求7所述的一种新型石英坩埚，其特征在于，所述氢氧化钡溶液为饱和溶液。
9.一种提高单晶硅棒尾部寿命的方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的石英坩埚进行单晶硅棒拉制。
10.根据权利要求9所述的一种提高单晶硅棒尾部寿命的方法，其特征在于，拉制后的所述单晶硅棒直径为160-320mm。
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