[发明专利]一种炭/炭坩埚及其制造方法

说明书

本发明公开了一种炭/炭坩埚，由坩埚内层以及覆盖在坩埚内层外表面上的坩埚外层组成，坩埚内层由多块埚瓣拼装组成，或者坩埚内层由坩埚埚底与多块埚瓣拼装组成，坩埚内层和坩埚外层的材质均为炭/炭复合材料；本发明还公开了一种炭/炭坩埚的制造方法。本发明炭/炭坩埚的坩埚内层全部或部分为分瓣式结构，大幅提高了坩埚制备所需设备的利用率，避免了原料浪费，提高了坩埚的生产效率，降低坩埚制造成本，同时在坩埚内层的外表面覆盖设置快速制备成型的坩埚外层作为强化层，增加了坩埚的环向结构强度力学性能，提高了坩埚的耐侵蚀性，延长了坩埚的使用寿命；本发明的制造方法简单，易于实现。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种炭/炭坩埚及其制造方法。

背景技术

坩埚是化学仪器的重要组成部分，它是熔化和精炼金属、硅料等以及固液加热、反应的容器，是保证化学反应顺利进行的基础。以单晶直拉用坩埚为例。现在集成电路的线宽已进入了纳米时代，直径越大的硅片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低，随着国内和国际市场对大直径单晶硅片需求量和尺寸的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。

单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法(CZ)、区熔法(FZ)和外延法。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池，目前约85％的半导体硅单晶体采用直拉法。在该方法中多晶硅被装进石英坩埚中，加热熔化后引入籽晶，并通过工艺参数调节实现拉晶。由于石英坩埚在工艺温度发生软化，为保证工艺稳定进行，必须使用具有优良高温性能的石墨坩埚或炭/炭坩埚对石英坩埚进行整体支撑。

为了降低单晶直拉成本，单晶直拉行业需要应用大尺寸坩埚以进一步提高单炉装料量。随着单晶硅直拉炉尺寸的增大，炭/炭复合材料以其优良的可设计性及力学性能逐步取代石墨，成为单晶硅直拉炉热场系统的主要材料。整体坩埚结构强度高，使用寿命长，但存在炉体空间利用率低、原料浪费等缺点，而分瓣式坩埚通过瓣数的增加使得坯料的尺寸大幅减小，自然就彻底解决以上问题，但分瓣坩埚环向结构强度为零，同时埚瓣间存在缝隙造成侵蚀加剧，降低了坩埚的使用寿命。

其它领域对大直径坩埚均存在类似需求和问题。因此，如何能够保证将分瓣式和整体式坩埚的优点结合起来，在保证坩埚整体强度及耐侵蚀性的前提下，提高生产效率、降低成本、保证应用领域产品质量是大直径坩埚生产面临的关键技术问题。

申请号为201720240686.0的实用新型公开了一种拉晶埚帮，包括炭埚帮和石墨内衬。但埚帮和内衬均为成品装配，尺寸匹配性较差，而且埚帮和石墨内衬均为整体件，不能达到提升制备过程空间利用率、提高设备产能的效果。

申请号为201320560012.0的实用新型公开了一种碳纤维复合坩埚，包括包括上环部、中环部和下碗装部依序连接而成。但坩埚由于完全靠机械结构连接，导致坩埚整体性较差，使用过程中容易受侵蚀造成连接结构损坏进而导致坩埚各部件散架而失去效能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种炭/炭坩埚。该炭/炭坩埚的坩埚内层全部或部分为分瓣式结构，避免了原料浪费，提高了坩埚的工作效率，降低成本，提高了坩埚制造所需设备的空间利用率，避免了原料浪费，提高了坩埚的生产效率，降低成本，同时在坩埚内层的外表面覆盖设置坩埚外层作为强化层，增加了坩埚的环向结构强度，提高了坩埚的耐侵蚀性，延长了坩埚的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种炭/炭坩埚，其特征在于，由坩埚内层以及覆盖在坩埚内层外表面上的坩埚外层组成，所述坩埚内层由多块埚瓣拼装组成，或者所述坩埚内层由坩埚埚底与多块埚瓣拼装组成，所述坩埚内层和坩埚外层的材质均为炭/炭复合材料。