JPH0848598A - シリコン溶解装置 - Google Patents
シリコン溶解装置Info
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- JPH0848598A JPH0848598A JP20911994A JP20911994A JPH0848598A JP H0848598 A JPH0848598 A JP H0848598A JP 20911994 A JP20911994 A JP 20911994A JP 20911994 A JP20911994 A JP 20911994A JP H0848598 A JPH0848598 A JP H0848598A
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- crucible
- graphite crucible
- graphite
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内側にセットされた石英ルツボとの熱膨張率
の違いによる黒鉛ルツボの損傷を防ぐ。黒鉛ルツボの局
部的なオーバーヒートをなくし、石英ルツボの失透を防
ぐ。石英ルツボの軟化による垂れ下りを防ぐ。 【構成】 黒鉛ルツボ3を周方向に分割する。隣接する
分割片3a,3aの間に隙間を設ける。その隙間にセラ
ミックスからなるスペーサー6を嵌め込む。
の違いによる黒鉛ルツボの損傷を防ぐ。黒鉛ルツボの局
部的なオーバーヒートをなくし、石英ルツボの失透を防
ぐ。石英ルツボの軟化による垂れ下りを防ぐ。 【構成】 黒鉛ルツボ3を周方向に分割する。隣接する
分割片3a,3aの間に隙間を設ける。その隙間にセラ
ミックスからなるスペーサー6を嵌め込む。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CZ法によるシリコン
単結晶の引上げや、太陽電池の基板に使用するシリコン
の方向性凝固鋳塊の製造等に用いられるシリコン溶解装
置に関する。
単結晶の引上げや、太陽電池の基板に使用するシリコン
の方向性凝固鋳塊の製造等に用いられるシリコン溶解装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】CZ法によるシリコン単結晶の引上げ
や、太陽電池の基板に使用するシリコンの方向性凝固鋳
塊の製造には、シリコンの融液が必要である。この融液
を製造するために使用されるのが、シリコン溶解装置で
ある。その基本構造を図1により説明する。
や、太陽電池の基板に使用するシリコンの方向性凝固鋳
塊の製造には、シリコンの融液が必要である。この融液
を製造するために使用されるのが、シリコン溶解装置で
ある。その基本構造を図1により説明する。
【0003】シリコン1は不純物汚染を防ぐために、石
英ルツボ2に収容される。石英ルツボ2は黒鉛ルツボ3
に収容され、その黒鉛ルツボ3は、後述する分割型の場
合は、黒鉛、セラミック材等からなる保持体4により外
側から保持される。そして、その更に外周側には、例え
ば、太陽電池の基板に使用するシリコンの方向性凝固鋳
塊を製造する場合は、高周波誘導コイルからなる加熱手
段5が配置される。
英ルツボ2に収容される。石英ルツボ2は黒鉛ルツボ3
に収容され、その黒鉛ルツボ3は、後述する分割型の場
合は、黒鉛、セラミック材等からなる保持体4により外
側から保持される。そして、その更に外周側には、例え
ば、太陽電池の基板に使用するシリコンの方向性凝固鋳
塊を製造する場合は、高周波誘導コイルからなる加熱手
段5が配置される。
【0004】操作としては、例えば塊状の多結晶シリコ
ンを石英ルツボ2に投入し、加熱手段5を作動させる。
そうすると、黒鉛ルツボ3に誘導電流が発生して黒鉛ル
ツボ3が加熱される。これにより、黒鉛ルツボ3内にセ
ットされた石英ルツボ2内の多結晶シリコンが溶融す
る。溶融後は、その融液が石英ルツボ2内に保持され
る。
ンを石英ルツボ2に投入し、加熱手段5を作動させる。
そうすると、黒鉛ルツボ3に誘導電流が発生して黒鉛ル
ツボ3が加熱される。これにより、黒鉛ルツボ3内にセ
ットされた石英ルツボ2内の多結晶シリコンが溶融す
る。溶融後は、その融液が石英ルツボ2内に保持され
る。
【0005】太陽電池の基板に使用するシリコンの方向
性凝固鋳塊の製造では、石英ルツボ2内に生成されたシ
リコン融液が別の鋳型内に注入される。CZ法によるシ
リコン単結晶の引上げでは、石英ルツボ2内のシリコン
融液から単結晶を回転させながら成長させて引き上げ
る。図1に示されたシリコン溶解装置は、シリコンの方
向性凝固鋳塊の製造に使用するものであるが、石英ルツ
ボ2を黒鉛ルツボ3内に保持し、その外側に加熱手段5
を配置するという基本構造は、シリコン単結晶の引上げ
に使用されるシリコン溶解装置の場合も同じである。
性凝固鋳塊の製造では、石英ルツボ2内に生成されたシ
リコン融液が別の鋳型内に注入される。CZ法によるシ
リコン単結晶の引上げでは、石英ルツボ2内のシリコン
融液から単結晶を回転させながら成長させて引き上げ
る。図1に示されたシリコン溶解装置は、シリコンの方
向性凝固鋳塊の製造に使用するものであるが、石英ルツ
ボ2を黒鉛ルツボ3内に保持し、その外側に加熱手段5
を配置するという基本構造は、シリコン単結晶の引上げ
に使用されるシリコン溶解装置の場合も同じである。
【0006】このようなシリコン溶解装置では、黒鉛ル
ツボ3として図2に示すように周方向に分割した分割型
のものが通常使用される。これは、黒鉛ルツボ3の熱膨
張係数が、その内側にセットされる石英ルツボ2の熱膨
張係数より1オーダーも大きく、しかも、冷却時に外側
の黒鉛ルツボ3の冷却が先行することから、冷却時には
黒鉛ルツボ3が石英ルツボ2より早く大きく収縮し、石
英ルツボ2に密着して大きな周方向の内部応力を生じ、
黒鉛ルツボ3が一体型の場合はこの内部応力により破損
が生じるからである。黒鉛ルツボ3が分割されている
と、冷却時の収縮により、隣接する分割片3a,3a間
が開き、各分割片3aに内部応力は生じない。
ツボ3として図2に示すように周方向に分割した分割型
のものが通常使用される。これは、黒鉛ルツボ3の熱膨
張係数が、その内側にセットされる石英ルツボ2の熱膨
張係数より1オーダーも大きく、しかも、冷却時に外側
の黒鉛ルツボ3の冷却が先行することから、冷却時には
黒鉛ルツボ3が石英ルツボ2より早く大きく収縮し、石
英ルツボ2に密着して大きな周方向の内部応力を生じ、
黒鉛ルツボ3が一体型の場合はこの内部応力により破損
が生じるからである。黒鉛ルツボ3が分割されている
と、冷却時の収縮により、隣接する分割片3a,3a間
が開き、各分割片3aに内部応力は生じない。
【0007】また、分割型の黒鉛ルツボ3にあっても、
図2(A)のように、隣接する分割片3a,3aが接触
している場合は、その接触部の電気抵抗が大きくなるこ
とから、局部的なオーバーヒートが生じ、その部分で石
英ルツボ2に失透と呼ばれる溶融現象が生じる。そのた
め、図2(A)の接触式と合わせて、図2(B)のよう
に、隣接する分割片3a,3aの間に隙間を設けた非接
触式のものも使用されている。
図2(A)のように、隣接する分割片3a,3aが接触
している場合は、その接触部の電気抵抗が大きくなるこ
とから、局部的なオーバーヒートが生じ、その部分で石
英ルツボ2に失透と呼ばれる溶融現象が生じる。そのた
め、図2(A)の接触式と合わせて、図2(B)のよう
に、隣接する分割片3a,3aの間に隙間を設けた非接
触式のものも使用されている。
【0008】なお、加熱時の膨張を吸収する意味から言
えば、隣接する分割片の間に隙間がある非接触式の方が
有利であるが、この隙間のない接触式でも加熱時には黒
鉛ルツボ3が石英ルツボ2に先行して早く大きく膨張す
るため、本質的に内部応力が発生しにくく、仮に内部応
力が発生しても分割片の変形によりその内部応力を逃が
すことができるために、隙間のない接触式でも、破損防
止効果は高い。
えば、隣接する分割片の間に隙間がある非接触式の方が
有利であるが、この隙間のない接触式でも加熱時には黒
鉛ルツボ3が石英ルツボ2に先行して早く大きく膨張す
るため、本質的に内部応力が発生しにくく、仮に内部応
力が発生しても分割片の変形によりその内部応力を逃が
すことができるために、隙間のない接触式でも、破損防
止効果は高い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように、分割型の
黒鉛ルツボ3は、石英ルツボ2との熱膨張率の違いによ
る破損を防止することができる。しかし、隣接する分割
片3a,3aが接触した接触式では、石英ルツボ2の局
部的な失透が生じる。一方、隣接する分割片3a,3a
の間に隙間を設けた非接触式では、失透には至らないも
のの、加熱により軟化した石英ルツボ2がこの隙間から
垂れ下り、最終的には石英ルツボ2内の融液が漏出する
という問題がある。
黒鉛ルツボ3は、石英ルツボ2との熱膨張率の違いによ
る破損を防止することができる。しかし、隣接する分割
片3a,3aが接触した接触式では、石英ルツボ2の局
部的な失透が生じる。一方、隣接する分割片3a,3a
の間に隙間を設けた非接触式では、失透には至らないも
のの、加熱により軟化した石英ルツボ2がこの隙間から
垂れ下り、最終的には石英ルツボ2内の融液が漏出する
という問題がある。
【0010】本発明の目的は、内側にセットされた石英
ルツボとの熱膨張率の違いに起因する黒鉛ルツボの破損
を防止できるのは勿論のこと、黒鉛ルツボの局部的な失
透も軟化変形による融液の漏出も防止できるシリコン溶
解装置を提供することにある。
ルツボとの熱膨張率の違いに起因する黒鉛ルツボの破損
を防止できるのは勿論のこと、黒鉛ルツボの局部的な失
透も軟化変形による融液の漏出も防止できるシリコン溶
解装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のシリコン溶解装
置は、シリコンを収容する石英ルツボを黒鉛ルツボ内に
保持し、その外側に加熱手段を配置したシリコン溶解装
置において、前記黒鉛ルツボを周方向に複数分割し、隣
接する分割片の間に隙間を設けると共に、その隙間にセ
ラミックスからなるスペーサーを嵌め込んだものであ
る。
置は、シリコンを収容する石英ルツボを黒鉛ルツボ内に
保持し、その外側に加熱手段を配置したシリコン溶解装
置において、前記黒鉛ルツボを周方向に複数分割し、隣
接する分割片の間に隙間を設けると共に、その隙間にセ
ラミックスからなるスペーサーを嵌め込んだものであ
る。
【0012】
【作用】石英ルツボを保持する黒鉛ルツボが分割型であ
るため、石英ルツボとの熱膨張率の違いによる黒鉛ルツ
ボの破損を防止することができる。隣接する分割片が接
触していないので、局部的なオーバヒートがなく、失透
を生じない。隣接する分割片が非接触であるにもかかわ
らず、その隙間にスペーサーが嵌め込まれ、隙間が埋め
られているので、石英ルツボの軟化変形による融液の漏
出も防止することができる。隣接する分割片間に嵌め込
まれたスペーサーは、電気を通さず耐熱性に優れ熱膨張
率も小さいセラミックスからなるので、ルツボ保護に悪
影響を及ぼすおそれがない。
るため、石英ルツボとの熱膨張率の違いによる黒鉛ルツ
ボの破損を防止することができる。隣接する分割片が接
触していないので、局部的なオーバヒートがなく、失透
を生じない。隣接する分割片が非接触であるにもかかわ
らず、その隙間にスペーサーが嵌め込まれ、隙間が埋め
られているので、石英ルツボの軟化変形による融液の漏
出も防止することができる。隣接する分割片間に嵌め込
まれたスペーサーは、電気を通さず耐熱性に優れ熱膨張
率も小さいセラミックスからなるので、ルツボ保護に悪
影響を及ぼすおそれがない。
【0013】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
に説明する。
【0014】図3は本発明のシリコン溶解装置に使用さ
れる黒鉛ルツボの1例を示した斜視図である。
れる黒鉛ルツボの1例を示した斜視図である。
【0015】黒鉛ルツボ3は、周方向に等角度で3分割
されている。3つの分割片3a,3a,3aの各間には
隙間が設けられており、各隙間にはセラミックスからな
るスペーサー6が嵌め込まれている。他の装置構成は、
例えば図1のシリコン溶解装置と同じである。
されている。3つの分割片3a,3a,3aの各間には
隙間が設けられており、各隙間にはセラミックスからな
るスペーサー6が嵌め込まれている。他の装置構成は、
例えば図1のシリコン溶解装置と同じである。
【0016】簡単に説明すると、黒鉛ルツボ3は、3つ
の分割片3a,3a,3aを組み合わせ、各隙間にスペ
ーサー6を介在させた状態で、黒鉛からなる保持体4内
に保持されている。黒鉛ルツボ3内には石英ルツボ2が
セットされており、一方、保持体4の外側には、高周波
誘導加熱コイルからなる加熱手段5が配置されている。
の分割片3a,3a,3aを組み合わせ、各隙間にスペ
ーサー6を介在させた状態で、黒鉛からなる保持体4内
に保持されている。黒鉛ルツボ3内には石英ルツボ2が
セットされており、一方、保持体4の外側には、高周波
誘導加熱コイルからなる加熱手段5が配置されている。
【0017】塊状の多結晶シリコンを石英ルツボ2に投
入し、加熱手段5を作動させると、黒鉛ルツボ3に誘導
電流が発生して黒鉛ルツボ3が加熱され、これにより石
英ルツボ1内のシリコンが溶融する。
入し、加熱手段5を作動させると、黒鉛ルツボ3に誘導
電流が発生して黒鉛ルツボ3が加熱され、これにより石
英ルツボ1内のシリコンが溶融する。
【0018】黒鉛ルツボ3は加熱冷却に伴い石英ルツボ
2より大きな膨張・収縮を生じるが、分割型のため、問
題となる内部応力を生じず、割損を生じるおそれがな
い。
2より大きな膨張・収縮を生じるが、分割型のため、問
題となる内部応力を生じず、割損を生じるおそれがな
い。
【0019】分割型であるが、隣接する分割片3a,3
a間に隙間が設けられているので、局部的なオーバーヒ
ートを生じず、石英ルツボ2を失透させるおそれがな
い。
a間に隙間が設けられているので、局部的なオーバーヒ
ートを生じず、石英ルツボ2を失透させるおそれがな
い。
【0020】分割片3a,3aの間の隙間にスペーサー
6が設けられているので、軟化した石英ルツボ2がその
隙間に侵入する危険がなく、石英ルツボ2内の融液の漏
出が防止される。
6が設けられているので、軟化した石英ルツボ2がその
隙間に侵入する危険がなく、石英ルツボ2内の融液の漏
出が防止される。
【0021】スペーサー6は、電気を通さず耐熱性に優
れ熱膨張率も小さいセラミックスからなるので、それ自
体がオーバーヒートしたり破損するおそれがなく、両側
の分割片3a,3aの内部応力を大きくする危険もな
い。そのため、石英ルツボ2の保護および黒鉛ルツボ3
の保護に悪影響を及ぼさない。
れ熱膨張率も小さいセラミックスからなるので、それ自
体がオーバーヒートしたり破損するおそれがなく、両側
の分割片3a,3aの内部応力を大きくする危険もな
い。そのため、石英ルツボ2の保護および黒鉛ルツボ3
の保護に悪影響を及ぼさない。
【0022】セラミックスとしては、アルミナ、窒化珪
素、ムライト、チタニア系、サーメット、炭化珪素、ジ
ルコニア、コージライト等を用いることができ、特にそ
の種類を限定するものではない。
素、ムライト、チタニア系、サーメット、炭化珪素、ジ
ルコニア、コージライト等を用いることができ、特にそ
の種類を限定するものではない。
【0023】スペーサー6の合計厚み、すなわちセラミ
ックス全体の厚みは、加熱効率、保温効率の面から考慮
して、そのルツボの総周長の5%以下になるようにする
のがよい。なぜなら、5%を超えるセラミックスを保有
すると黒鉛ルツボ3の比率が減少し、加熱効率、保温効
率が低下するからである。その下限としては、強度等の
点から1mm以上が望ましい。
ックス全体の厚みは、加熱効率、保温効率の面から考慮
して、そのルツボの総周長の5%以下になるようにする
のがよい。なぜなら、5%を超えるセラミックスを保有
すると黒鉛ルツボ3の比率が減少し、加熱効率、保温効
率が低下するからである。その下限としては、強度等の
点から1mm以上が望ましい。
【0024】また、黒鉛ルツボ3の分割数、すなわち分
割片3aの個数は2以上とし、分割個数を増やせば誘導
効率が向上するため、むしろ多い方が望ましい。しか
し、その数が多くなると、加工工数、組立工数等が増加
するので、実用上は10個以下が望ましい。
割片3aの個数は2以上とし、分割個数を増やせば誘導
効率が向上するため、むしろ多い方が望ましい。しか
し、その数が多くなると、加工工数、組立工数等が増加
するので、実用上は10個以下が望ましい。
【0025】分割接触型、分割非接触型および分割隙間
にセラミックススペーサーを嵌め込んだ分割隙間充填型
の各黒鉛ルツボを使用して、60kgの多結晶シリコン
を溶解した。石英ルツボは、いずれの場合も、直径38
0mm、高さ300mm、厚さ8mmの鋺型(湯口付
き)とした。結果を表1および表2に示す。
にセラミックススペーサーを嵌め込んだ分割隙間充填型
の各黒鉛ルツボを使用して、60kgの多結晶シリコン
を溶解した。石英ルツボは、いずれの場合も、直径38
0mm、高さ300mm、厚さ8mmの鋺型(湯口付
き)とした。結果を表1および表2に示す。
【0026】分割接触型の黒鉛ルツボを使用した場合
は、接触部にオーバーヒートが生じた。その結果、ルツ
ボ温度が1800℃のときに失透が生じた。また,いず
れの温度のときも各々の分割片に十分な誘導電流が発生
せず、例えばルツボ温度を1600℃とするのに50k
whの出力を要した。分割非接触型の黒鉛ルツボを使用
した場合は、内側にセットされた石英ルツボが黒鉛ルツ
ボの隙間から垂れ下がるという問題を引き起こした。
は、接触部にオーバーヒートが生じた。その結果、ルツ
ボ温度が1800℃のときに失透が生じた。また,いず
れの温度のときも各々の分割片に十分な誘導電流が発生
せず、例えばルツボ温度を1600℃とするのに50k
whの出力を要した。分割非接触型の黒鉛ルツボを使用
した場合は、内側にセットされた石英ルツボが黒鉛ルツ
ボの隙間から垂れ下がるという問題を引き起こした。
【0027】これらに対し、分割隙間にセラミックスス
ペーサーを嵌め込んだ分割隙間充填型の黒鉛ルツボを使
用した場合、1800℃のルツボ温度でも石英ルツボの
失透および垂れ下りがなく、電力効率も高い。
ペーサーを嵌め込んだ分割隙間充填型の黒鉛ルツボを使
用した場合、1800℃のルツボ温度でも石英ルツボの
失透および垂れ下りがなく、電力効率も高い。
【0028】
【表1】
【0029】
【表3】
【0030】
【発明の効果】本発明のシリコン溶解装置は、石英ルツ
ボ外側の黒鉛ルツボを周方向に複数分割し、隣接する分
割片の間に隙間を設けると共に、その隙間にセラミック
スからなるスペーサーを嵌め込んだので、石英ルツボと
の熱膨張率の違いに起因する黒鉛ルツボの破損を防止で
きるのは勿論のこと、黒鉛ルツボの局部的な失透も軟化
変形による融液の漏出も防止できる。従って、石英ルツ
ボおよび黒鉛ルツボの両方を繰り返し使用でき、経済性
に著しく優れる。また、電力効率が高く、この点からも
経済性が良い。
ボ外側の黒鉛ルツボを周方向に複数分割し、隣接する分
割片の間に隙間を設けると共に、その隙間にセラミック
スからなるスペーサーを嵌め込んだので、石英ルツボと
の熱膨張率の違いに起因する黒鉛ルツボの破損を防止で
きるのは勿論のこと、黒鉛ルツボの局部的な失透も軟化
変形による融液の漏出も防止できる。従って、石英ルツ
ボおよび黒鉛ルツボの両方を繰り返し使用でき、経済性
に著しく優れる。また、電力効率が高く、この点からも
経済性が良い。
【図1】シリコン溶解装置の基本構造を示す断面図であ
る。
る。
【図2】従来の溶解装置に使用されている黒鉛ルツボの
斜視図である。
斜視図である。
【図3】本発明の溶解装置に使用される黒鉛ルツボの1
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
1 シリコン 2 石英ルツボ 3 黒鉛ルツボ 3a 分割片 4 保持体 5 加熱手段 6 スペーサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乗本 哲宏 兵庫県尼崎市東浜町1番地 住友シチック ス株式会社内
Claims (1)
- 【請求項1】 シリコンを収容する石英ルツボを黒鉛ル
ツボ内に保持し、その外側に加熱手段を配置したシリコ
ン溶解装置において、前記黒鉛ルツボを周方向に複数分
割し、隣接する分割片の間に隙間を設けると共に、その
隙間にセラミックスからなるスペーサーを嵌め込んだこ
とを特徴とするシリコン溶解装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20911994A JP3508877B2 (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | シリコン溶解装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20911994A JP3508877B2 (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | シリコン溶解装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0848598A true JPH0848598A (ja) | 1996-02-20 |
JP3508877B2 JP3508877B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=16567608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20911994A Expired - Fee Related JP3508877B2 (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | シリコン溶解装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3508877B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002243370A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Daido Steel Co Ltd | シリコンなどの溶解装置 |
JP2006313772A (ja) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Kyocera Corp | 鋳型 |
JP2012236755A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-06 | Korea Inst Of Energy Research | 再使用が可能なシリコン溶融用二重坩堝を備える単結晶シリコンインゴット成長装置 |
CN108149315A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 晶体生长用坩埚以及释放碳化硅晶体热应力的方法 |
CN112301417A (zh) * | 2019-07-31 | 2021-02-02 | 爱思开矽得荣株式会社 | 锭生长装置用坩埚 |
CN113122930A (zh) * | 2020-01-15 | 2021-07-16 | Skc株式会社 | 用于碳化硅粉末的热处理的可扩大坩埚 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102168301A (zh) * | 2011-06-03 | 2011-08-31 | 常州江南电力环境工程有限公司 | 直拉式单晶炉中石墨坩埚 |
-
1994
- 1994-08-09 JP JP20911994A patent/JP3508877B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US9040010B2 (en) | 2011-05-12 | 2015-05-26 | Korea Institute Of Energy Research | Apparatus for manufacturing single crystal silicon ingot having reusable dual crucible for silicon melting |
CN108149315A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 晶体生长用坩埚以及释放碳化硅晶体热应力的方法 |
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