CN113201789B - 一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚 - Google Patents

一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，包括：石英坩埚本体，所述石英坩埚本体呈圆柱型结构设置且底部边缘处呈圆弧状倒角结构设置，所述石英坩埚本体内底部设置有导热部且导热部呈向上凸起的半弧状结构设置，所述导热部与石英坩埚本体之间形成内倒角且内倒角呈半弧形结构设置，所述石英坩埚本体的底部设置有环形槽和竖向槽。本发明在石英坩埚本体的底部设置有导热部且导热部呈半弧形结构设置，导热部与石英坩埚本体的底部形成内倒角，内倒角呈半弧形结构设置，在石英坩埚底部设置有环形槽且环形槽的内部设置有竖向槽，环形槽和竖向槽之间形成网状结构，方便聚热，配合导热部增加了石英坩埚本体的导热性。

Description

一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚
技术领域
本发明涉及石英坩埚技术领域，更具体为一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚。
背景技术
石英坩埚，具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点，应用越来越广泛。石英坩埚的检测工作是一个十分重要的环节，而且石英坩埚的检测朝向现场检测方向发展；石英坩埚可在1450度以下使用，分透明和不透明两种。用电弧法制的半透明石英坩埚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。当今，世界半导体工业发达国家已用此坩埚取代了小的透明石英坩埚。他具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点；目前坩埚生产涂层技术已被大多数厂家使用就是在普通石英砂溶制的坩埚表面涂上一层二氧化钡溶液使其形成致密层，其致密层能阻止单晶硅高温拉制过程中硅与石英坩埚反应提高成晶率。
现有的坩埚多为直桶状结构设置，在拿放时使用镊子捏住坩埚边缘处，但由于坩埚易碎，容易导致坩埚破裂，为防止坩埚破裂，在制作时增加其厚度，但厚度增加后其导热性能受到影响。因此，需要提供一种新的技术方案给予解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，解决了现有的坩埚多为直桶状结构设置，在拿放时使用镊子捏住坩埚边缘处，但由于坩埚易碎，容易导致坩埚破裂，为防止坩埚破裂，在制作时增加其厚度，但厚度增加后其导热性能受到影响的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，包括：石英坩埚本体，所述石英坩埚本体呈圆柱型结构设置且底部边缘处呈圆弧状倒角结构设置，所述石英坩埚本体内底部设置有导热部且导热部呈向上凸起的半弧状结构设置，所述导热部与石英坩埚本体之间形成内倒角且内倒角呈半弧形结构设置，所述石英坩埚本体的底部设置有环形槽和竖向槽，所述环形槽和竖向槽之间形成网状结构并与导热部相连接，所述石英坩埚本体的上部边缘处设置有向外延伸的倒嘴且倒嘴呈锥形结构设置。
作为本发明的一种优选实施方式，所述石英坩埚本体的上部开口处设置有环形边且环形边向外侧延伸，所述环形边与石英坩埚本体之间一体成型。
作为本发明的一种优选实施方式，所述石英坩埚本体包括埚壁且埚壁厚度在0.4～0.5mm，所述环形边与埚壁厚度相同。
作为本发明的一种优选实施方式，所述导热部的厚度在1.0～1.5mm。
作为本发明的一种优选实施方式，所述环形槽和竖向槽的深度在0.1～0.3mm。
作为本发明的一种优选实施方式，所述高强度电弧石英坩埚的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将氢氧化铝、二氧化钡、氧化镁和氧化钛与高纯石英砂混合，在600～800℃下搅拌混合2～5h，冷却至室温后采用微粉机粉碎至粒度为120～180目，即得高纯石英砂混合物；
步骤2：将步骤1所得高纯石英砂混合物倒入高纯石墨模具内，石墨模具内包括形成导热部的凸起、环形槽和竖向槽的凸起以及环形边形成的凹槽，并进行抽真空处理，使高纯石英砂混合物在模具内填充均匀；
步骤3：在高纯石墨模具上接入电流，形成2000℃以上的高温状态的电弧，缓慢将高纯石英砂混合物熔化并形成坩埚基体，待坩埚基体熔融成型后，自然冷却至室温后脱模，既得石英坩埚坯；
步骤4：对石英坩埚坯进行初步检测，确认无裂痕瑕疵后进行冷加工，冷加工包括：喷砂、切断、倒角工序；
步骤5：对经过冷加工的石英坩埚进行二次检测，检测无瑕疵后进行清洗工序，清洗工序包括：超净清洗、超声、高压喷淋、自动烘干；
步骤6：对清洗完成后的石英坩埚进行加温烘干，使其水分充分蒸发后进行喷涂，再对石英坩埚进行三次检测，检测无瑕疵后进行真空包装，既得石英坩埚成品
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤2的真空度控制在：-0.093～-0.1MPa，熔制时间：20～25min。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤6的加温烘干温度控制在：200～800℃，烘干时长为：3～6min。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明在石英坩埚本体的底部设置有导热部且导热部呈半弧形结构设置，导热部与石英坩埚本体的底部形成内倒角，内倒角呈半弧形结构设置，在石英坩埚底部设置有环形槽且环形槽的内部设置有竖向槽，环形槽和竖向槽之间形成网状结构，方便聚热，配合导热部增加了石英坩埚本体的导热性，在石英坩埚本体的开口处设置有环形边且环形边向外延伸并与石英坩埚本体之间一体成型，此种设置方便对石英坩埚进行夹持，避免夹持坩埚边缘处时造成其破裂，石英坩埚本体的加工包括：高纯石英砂原料混合、石英坩埚真空装料成型、真空电弧熔制、自然冷却脱模、石英坩埚初步检测、冷加工喷砂、切断、倒角、石英坩埚二次检测、超净清洗、超声、高压喷淋、自动烘干、加温烘烤，喷涂、石英坩埚三次检验、真空包装、成品入库，在高纯石英砂原料混合中添加氢氧化铝、二氧化钡、氧化镁和氧化钛金属元素，增加了坩埚的致密度。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明底部结构示意图。
图中:1、石英坩埚本体；2、埚壁；3、导热部；4、内倒角；5、倒嘴；6、环形边；7、环形槽；8、竖向槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，包括：石英坩埚本体1，所述石英坩埚本体1呈圆柱型结构设置且底部边缘处呈圆弧状倒角结构设置，所述石英坩埚本体1内底部设置有导热部3且导热部3呈向上凸起的半弧状结构设置，所述导热部3与石英坩埚本体1之间形成内倒角4且内倒角4呈半弧形结构设置，所述石英坩埚本体1的底部设置有环形槽7和竖向槽8，所述环形槽7和竖向槽8之间形成网状结构并与导热部3相连接，所述石英坩埚本体1的上部边缘处设置有向外延伸的倒嘴5且倒嘴5呈锥形结构设置，所述石英坩埚本体1的上部开口处设置有环形边6且环形边6向外侧延伸，所述环形边6与石英坩埚本体1之间一体成型；所述石英坩埚本体1包括埚壁2且埚壁2厚度在0.5mm，所述环形边6与埚壁2厚度相同；所述导热部3的厚度在1.5mm；所述环形槽7和竖向槽8的深度在0.3mm；在石英坩埚本体1的底部设置有导热部3且导热部3呈半弧形结构设置，导热部3与石英坩埚本体1的底部形成内倒角4，内倒角4呈半弧形结构设置，在石英坩埚底部设置有环形槽7且环形槽7的内部设置有竖向槽8，环形槽7和竖向槽8之间形成网状结构，方便聚热，配合导热部3增加了石英坩埚本体1的导热性，在石英坩埚本体1的开口处设置有环形边6且环形边6向外延伸并与石英坩埚本体1之间一体成型，此种设置方便对石英坩埚进行夹持，避免夹持坩埚边缘处时造成其破裂。
进一步改进地，所述高强度电弧石英坩埚的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将氢氧化铝、二氧化钡、氧化镁和氧化钛与高纯石英砂混合，在600～800℃下搅拌混合2～5h，冷却至室温后采用微粉机粉碎至粒度为120～180目，即得高纯石英砂混合物；
步骤2：将步骤1所得高纯石英砂混合物倒入高纯石墨模具内，石墨模具内包括形成导热部的凸起、环形槽和竖向槽的凸起以及环形边形成的凹槽，并进行抽真空处理，使高纯石英砂混合物在模具内填充均匀；
步骤3：在高纯石墨模具上接入电流，形成2000℃以上的高温状态的电弧，缓慢将高纯石英砂混合物熔化并形成坩埚基体，待坩埚基体熔融成型后，自然冷却至室温后脱模，既得石英坩埚坯；
步骤4：对石英坩埚坯进行初步检测，确认无裂痕瑕疵后进行冷加工，冷加工包括：喷砂、切断、倒角工序；
步骤5：对经过冷加工的石英坩埚进行二次检测，检测无瑕疵后进行清洗工序，清洗工序包括：超净清洗、超声、高压喷淋、自动烘干；
步骤6：对清洗完成后的石英坩埚进行加温烘干，使其水分充分蒸发后进行喷涂，再对石英坩埚进行三次检测，检测无瑕疵后进行真空包装，既得石英坩埚成品
进一步改进地，所述步骤2的真空度控制在：-0.093～-0.1MPa，熔制时间：20～25min。
进一步改进地，所述步骤6的加温烘干温度控制在：200～800℃，烘干时长为：3～6min。
本发明在石英坩埚本体1的底部设置有导热部3且导热部3呈半弧形结构设置，导热部3与石英坩埚本体1的底部形成内倒角4，内倒角4呈半弧形结构设置，在石英坩埚底部设置有环形槽7且环形槽7的内部设置有竖向槽8，环形槽7和竖向槽8之间形成网状结构，方便聚热，配合导热部3增加了石英坩埚本体1的导热性，在石英坩埚本体1的开口处设置有环形边6且环形边6向外延伸并与石英坩埚本体1之间一体成型，此种设置方便对石英坩埚进行夹持，避免夹持坩埚边缘处时造成其破裂，石英坩埚本体1的加工包括：高纯石英砂原料混合、石英坩埚真空装料成型、真空电弧熔制、自然冷却脱模、石英坩埚初步检测、冷加工喷砂、切断、倒角、石英坩埚二次检测、超净清洗、超声、高压喷淋、自动烘干、加温烘烤，喷涂、石英坩埚三次检验、真空包装、成品入库，在高纯石英砂原料混合中添加氢氧化铝、二氧化钡、氧化镁和氧化钛金属元素，增加了坩埚的致密度。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，其特征在于：包括：石英坩埚本体(1)，所述石英坩埚本体(1)呈圆柱型结构设置且底部边缘处呈圆弧状倒角结构设置，所述石英坩埚本体(1)内底部设置有导热部(3)且导热部(3)呈向上凸起的半弧状结构设置，所述导热部(3)与石英坩埚本体(1)之间形成内倒角(4)且内倒角(4)呈半弧形结构设置，所述石英坩埚本体(1)的底部设置有环形槽(7)和竖向槽(8)，所述环形槽(7)和竖向槽(8)之间形成网状结构并与导热部(3)相连接，所述石英坩埚本体(1)的上部边缘处设置有向外延伸的倒嘴(5)且倒嘴(5)呈锥形结构设置。
2.根据权利要求1所述的一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，其特征在于：所述石英坩埚本体(1)的上部开口处设置有环形边(6)且环形边(6)向外侧延伸，所述环形边(6)与石英坩埚本体(1)之间一体成型。
3.根据权利要求2所述的一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，其特征在于：所述石英坩埚本体(1)包括埚壁(2)且埚壁(2)厚度在0.4～0.5mm，所述环形边(6)与埚壁(2)厚度相同。
4.根据权利要求1所述的一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，其特征在于：所述导热部(3)的厚度在1.0～1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚，其特征在于：所述环形槽(7)和竖向槽(8)的深度在0.1～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚的制备方法，其特征在于：所述高强度电弧石英坩埚的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将氢氧化铝、二氧化钡、氧化镁和氧化钛与高纯石英砂混合，在600～800℃下搅拌混合2～5h，冷却至室温后采用微粉机粉碎至粒度为120～180目，即得高纯石英砂混合物；
步骤2：将步骤1所得高纯石英砂混合物倒入高纯石墨模具内，石墨模具内包括形成导热部的凸起、环形槽和竖向槽的凸起以及环形边形成的凹槽，并进行抽真空处理，使高纯石英砂混合物在模具内填充均匀；
步骤3：在高纯石墨模具上接入电流，形成2000℃以上的高温状态的电弧，缓慢将高纯石英砂混合物熔化并形成坩埚基体，待坩埚基体熔融成型后，自然冷却至室温后脱模，既得石英坩埚坯；
步骤4：对石英坩埚坯进行初步检测，确认无裂痕瑕疵后进行冷加工，冷加工包括：喷砂、切断、倒角工序；
步骤5：对经过冷加工的石英坩埚进行二次检测，检测无瑕疵后进行清洗工序，清洗工序包括：超净清洗、超声、高压喷淋、自动烘干；
步骤6：对清洗完成后的石英坩埚进行加温烘干，使其水分充分蒸发后进行喷涂，再对石英坩埚进行三次检测，检测无瑕疵后进行真空包装，既得石英坩埚成品。
7.根据权利要求6所述的一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚的制备方法，其特征在于：所述步骤2的真空度控制在：-0.093～-0.1MPa，熔制时间：20～25min。
8.根据权利要求6所述的一种能够快速导热的高强度电弧石英坩埚的制备方法，其特征在于：所述步骤6的加温烘干温度控制在：200～800℃，烘干时长为：3～6min。
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