Als veelgebruikte container in de halfgeleiderindustrie wordt de kwaliteit en stabiliteit van kwartskroezen zijn cruciaal voor de groei van monokristallijn silicium. Bij gebruik bij hoge temperaturen vertonen kwartskroezen echter vaak kristallisatieverschijnselen, die niet alleen de sterkte en levensduur van de kroes beïnvloeden, maar ook tot een reeks problemen kunnen leiden tijdens het groeiproces van monokristallijn silicium.

1. Faseovergangskarakteristieken van kwartskroes

De kwartskroes zelf is amorf, maar onder de juiste omstandigheden ondergaat deze een faseverandering van een amorfe toestand naar een stabiele kwartskristaltoestand. Deze faseovergang omvat twee fasen: kiemvorming en groei. Kiemvorming vindt meestal plaats bij structurele defecten of onzuiverheden op de wanden van kwartskroezen, vooral op locaties die alkalische of zware metalen bevatten. De aanvankelijke kwartskristallen zijn bolvormig en verdere groei ontwikkelt zich in een dendritisch patroon langs de kroeswand, als gevolg van de onderdrukking van verticale groei. Kristallisatie vindt meestal plaats op het oppervlak van kwartskroezen. Volgens de Chinese kwartsglasindustriestandaard moet kwartsglas dat in de halfgeleiderindustrie wordt gebruikt gedurende 6 uur op 1400 ℃ ± 5 ℃ worden gehouden en moet de gemiddelde dikte van de kristallisatielaag <100 µm zijn.

2. Vervuiling veroorzaakt door metaalionen

Verkleuring van kwartskroezen is een van de belangrijkste factoren die leiden tot kristallisatie, vooral alkalimetaalionen zoals kalium (K), natrium (Na), lithium (Li) en aardalkalimetaalionen zoals calcium (Ca) en magnesium (Mg). Deze ionen kunnen afkomstig zijn van onzuiverheden in de grondstoffen of tijdens het productieproces binnenkomen. De aanwezigheid van deze metaalionen kan het kristallisatieproces van kwartskroezen versnellen, waardoor de kristallisatielaag dikker wordt en in ernstige gevallen zelfs het gehele lichaam van de kroes doordringt, wat ernstige gevolgen kan hebben, zoals siliciumlekkage.

3. Verontreiniging tijdens het laadproces

Tijdens het vullen van siliciummaterialen kunnen verontreinigende stoffen zoals zweet, speeksel, olievlekken en stof ook kristallisatie van kwartskroezen veroorzaken. Deze verontreinigende stoffen reageren bij hoge temperaturen met kwartskroezen, waardoor het optreden van kristallisatie wordt bevorderd. Daarom moet het laadproces strikt worden gecontroleerd om een ​​schone en hygiënische werkomgeving te garanderen.

4. Vluchtige vervuiling van grafietmaterialen

Het gebruik van nieuwe grafietmaterialen zonder grondige calcinering of verontreiniging is een van de belangrijkste redenen voor de kristallisatie van de buitenste laag van kwartskroezen. Grafietmaterialen zullen bij hoge temperaturen enkele onzuiverheden verdampen, die reageren met kwartskroezen en kristallisatie van de buitenlaag veroorzaken. Daarom moeten nieuwe grafietapparaten vóór gebruik een grondige calcinatie bij hoge temperatuur ondergaan om onzuiverheden en vluchtige stoffen te verwijderen.

5. Lage zuiverheid van siliciummateriaal

De grondstoffen die worden gebruikt voor het trekken van kristallen hebben een lage zuiverheid, bevatten te veel onzuiverheden of hebben problemen met het reinigingsproces, wat ook kristallisatie van kwartskroezen kan veroorzaken. Siliciummaterialen met een lage zuiverheid bevatten een grote hoeveelheid onzuiverheden, die bij hoge temperaturen reageren met kwartskroezen, waardoor kristallisatie wordt bevorderd. Daarom moet de zuiverheid van de grondstoffen die worden gebruikt voor het trekken van kristallen voldoen aan de productie-eisen, en de reinigingskwaliteit van de grondstoffen moet ook voldoen aan de procesvereisten om achtergebleven zuur en alkali op het oppervlak van het siliciummateriaal te voorkomen.

6. De temperatuur van de smelt is te hoog

Een te hoge temperatuur tijdens het smelten kan ook de kristallisatiegraad verhogen. Langdurige isolatie van kwartskroezen bij hoge temperaturen kan het optreden van kristallisatie versnellen. Daarom is het noodzakelijk om tijdens het smeltproces een geschikte smelttemperatuur te kiezen om de mate van kristallisatie te verminderen of te verlagen.

7. Kwaliteitsproblemen met de kwartskroes zelf

De geometrische afmetingen en het uiterlijk van kwartskroezen worden bepaald door het productieproces, terwijl de zuiverheid wordt bepaald door de grondstoffen. Wanneer de schadelijke componenten in de kwartskroes hoog zijn, zal dit de smelt- en temperatuurbestendigheid van de smeltkroes beïnvloeden en zelfs verschijnselen veroorzaken zoals bellen, kleurvlekken en afbladderen, waardoor de kwaliteit van de kwartskroes ernstig wordt aangetast. Daarom moeten fabrikanten van kwartskroezen ervoor zorgen dat hun smeltkroezen voldoen aan de kwaliteitseisen in elke productiefase, van grondstoffen tot productie.

8. Effecten van vervorming van de smeltkroes

Na de vervorming van de kwartskroes, naarmate de positie van de kroes stijgt tijdens het kristaltrekproces, zal het uitstekende deel van de vervorming in botsing komen met de geleidebuis, waardoor het normale trekken van kristallen wordt beïnvloed of voorkomen. Kristallisatie zal de oorspronkelijke dikte van de kwartskroes verdunnen, de sterkte ervan verminderen en gemakkelijk vervorming van de kwartskroes veroorzaken. De vervormde smeltkroes heeft niet alleen invloed op het kristaltrekproces, maar kan er ook voor zorgen dat de smeltkroes breekt, wat tot ernstige productieongevallen kan leiden.

De redenen voor kristallisatie in kwartskroezen zijn veelzijdig, waaronder de faseovergangskarakteristieken van kwartskroezen, verontreiniging door metaalionen, verontreiniging tijdens het laadproces, vervluchtigingsverontreiniging van grafietmaterialen, lage zuiverheid van siliciummaterialen, hoge smelttemperatuur, kwaliteitsproblemen van kwartskroezen zelf, en de invloed van vervorming van de kroezen. Om het optreden van kristallisatie te verminderen, is strikte controle van alle aspecten nodig om de kwaliteit en stabiliteit van de kwartskroes te garanderen.

Luverre Quartz produceert en verkoopt een breed assortiment kwartsglas van hoge kwaliteit, waaronder kwartsbuizen, kwartsplaten, kwartsstaven, kwartsvensters, kwartskroezen, kwartsboten, kwartsflenzen, kwartsbekers, kwartsglasinstrumenten en meer. Wij kunnen voldoen aan allerlei maatwerkeisen voor kwartsglasproducten.