Creuset en quartz fondu de haute pureté pour l'extraction de monocristaux

Actuellement, le silicium monocristallin est produit en utilisant du silicium polycristallin comme matière première et par la méthode Czochralski. Dans la production de silicium monocristallin, lequartzont de fortes caractéristiques de consommables dans la chaîne industrielle du silicium monocristallin, et l'utilisation de la méthode Czochralski continue impose également des exigences plus élevées en matière de durée de vie du creuset en quartz. La haute pureté et la résistance aux températures élevées du creuset en quartz garantissent l'extraction et la qualité du monocristal. Basé sur les exigences de pureté des tranches de silicium monocristallin, le creuset de quartz est jeté après un ou plusieurs cycles de chauffage et d'extraction des cristaux et doit être remplacé régulièrement, ce qui en fait un article consommable.

Lecreuset de quartzest un élément clé du four monocristallin Czochralski. L'étape de préparation du monocristal détermine des paramètres techniques tels que le diamètre, l'orientation des cristaux, le type de conductivité du dopage, la plage et la distribution de résistivité, la concentration en oxygène et en carbone, la durée de vie des porteurs minoritaires et les défauts de réseau du matériau silicium. Les micro-défauts, la concentration en oxygène, les impuretés métalliques et l'uniformité de la concentration des porteurs doivent tous être contrôlés dans une certaine plage. Dans le procédé monocristallin Czochralski, le creuset en quartz doit résister à des températures élevées supérieures au point de fusion du silicium (1420°C). Les creusets en quartz sont pour la plupart semi-transparents et composés de plusieurs couches. La couche externe est une région à forte densité de bulles, appelée couche composite de bulles ; la couche interne est une couche transparente de 3 à 5 mm, appelée couche dépourvue de bulles. La présence de la couche dépourvue de bulles réduit la densité du creuset dans la zone en contact avec la solution, améliorant ainsi la croissance du monocristal.

D'un point de vue qualité, la couche interne du creuset en quartz, en raison du contact direct avec le silicium fondu, se dissout continuellement dans le silicium fondu pendant le processus d'extraction des cristaux.  Les microbulles de la couche transparente du creuset se développent et se rompent continuellement, libérant des particules de quartz et des microbulles dans le silicium fondu. Ces impuretés, sous forme de microparticules et de microbulles, sont transportées dans toute la masse fondue de silicium par le flux de silicium liquide, affectant directement la cristallisation du silicium et la qualité du monocristal.

Du point de vue des coûts,creusets en quartzont de fortes caractéristiques de consommables dans la chaîne industrielle du silicium monocristallin, et l'utilisation de la méthode Czochralski continue impose également des exigences plus élevées en matière de durée de vie du creuset en quartz. La haute pureté et la résistance aux températures élevées du creuset en quartz garantissent l'extraction et la qualité du monocristal. Basé sur les exigences de pureté des tranches de silicium monocristallin, le creuset de quartz est jeté après un ou plusieurs cycles de chauffage et d'extraction des cristaux et doit être remplacé régulièrement, ce qui en fait un article consommable.

De plus, si lecreuset de quartza des problèmes de qualité pendant le processus d'extraction des cristaux, cela entraînera la mise au rebut de toute la tige de silicium monocristallin. Les creusets en quartz sont principalement produits par la méthode de l'arc électrique, avec du sable de quartz de haute pureté comme matière première principale. La pureté du sable de quartz est un facteur crucial affectant la qualité du creuset de quartz. Le creuset en quartz a une structure à deux couches : la couche externe est une région à haute densité, appelée couche composite à bulles ; la couche interne est une couche transparente de 3 à 5 mm, appelée couche dépourvue de bulles.

La présence de la couche interne, la couche dépourvue de bulles, réduit la densité des bulles dans la zone où le creuset entre en contact avec la solution. Plus la pureté du sable de quartz est faible, plus il est susceptible de produire des points noirs et des bulles lors du processus de fusion à haute température. Lorsqu'il est utilisé comme sable de couche interne, une exposition prolongée à des températures élevées provoque la libération des bulles contenues dans la paroi interne du creuset de quartz, affectant ainsi la stabilité et le taux de réussite de la production de plaquettes de silicium monocristallin. Par conséquent, le sable de la couche interne nécessite du sable de quartz de plus grande pureté, ce qui entraîne un prix plus élevé. De plus, le sable de quartz utilisé pour les creusets a des exigences spécifiques concernant différents niveaux d'impuretés. Par exemple, des impuretés excessives de métaux alcalins peuvent provoquer une cristallisation dans le creuset, conduisant à une opacification et une déformation, tandis qu'une teneur excessive en hydroxyle peut provoquer des cloques dans le creuset.

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