Was sind die wesentlichen Vorteile von Quarztiegeln im Vergleich zu Keramik- oder Graphittiegeln?

Quarztiegel ist ein spezieller hochtemperaturbeständiger Behälter aus hochreinem Siliziumdioxid, der beim Hochtemperaturschmelzen, Kristallwachstum und der Materialreinigung eine unersetzliche Rolle spielt. Als wichtiges funktionelles Verbrauchsmaterial in der modernen Industrie spielen Quarztiegel aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften eine Schlüsselrolle in der Photovoltaik-, Halbleiter-, optischen Glas- und anderen Industrie.

1. Grundlegende Eigenschaften des Quarztiegels

Materialeigenschaften
Der Kernrohstoff des Quarztiegels ist hochreines Siliziumdioxid. Seine Reinheit ist ein Schlüsselindikator zur Messung der Qualität und Leistung von Quarztiegeln und hat entscheidenden Einfluss auf die Stabilität, chemische Inertheit und Lebensdauer des Tiegels in Hochtemperaturumgebungen.

In gewöhnlichen Industriebereichen wie der Glasherstellung, dem Brennen von Keramik und anderen Industrien sind die Reinheitsanforderungen für Quarztiegel relativ gering, müssen jedoch normalerweise mehr als 99,9 % erreichen. Quarztiegel dieser Reinheitsstufe können die grundlegenden Anforderungen an Hochtemperaturbehälter in allgemeinen industriellen Produktionsprozessen erfüllen, wie z. B. die Beständigkeit gegen eine bestimmte hohe Temperatur und die Beständigkeit gegen Erosion durch gängige Chemikalien.

In diesen Anwendungsszenarien werden Quarztiegel hauptsächlich zur Aufnahme von geschmolzenen Glasrohstoffen, Keramikschlämmen und anderen Materialien verwendet. Durch ihre Reinheit kann sichergestellt werden, dass es bei relativ niedrigen Temperaturen und kurzen Erhitzungszeiten nicht zu erheblichen Beeinträchtigungen der Produktqualität aufgrund vorhandener Verunreinigungen kommt.

Allerdings haben in High-End-Technologiebereichen wie Halbleitern und Photovoltaik die Reinheitsanforderungen an Quarztiegel ein geradezu anspruchsvolles Niveau erreicht. Die Reinheit von Kieselsäure in Tiegel aus hochreinem Quarz ist extrem hoch und der Verunreinigungsgehalt muss streng auf ppm-Niveau (parts per million) kontrolliert werden. Denn in der Halbleiter- und Photovoltaikindustrie sind die verarbeiteten Materialien äußerst empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Selbst Spuren von Verunreinigungen können schwerwiegende Probleme wie Kristalldefekte und eine Verschlechterung der elektrischen Leistung verursachen und dadurch die Leistung und Ausbeute des Endprodukts beeinträchtigen.

Während der Züchtung von einkristallinem Silizium wird der Quarztiegel beispielsweise als Behälter für Siliziummaterialien verwendet. Darin enthaltene Verunreinigungen können in den Siliziumkristall diffundieren, die Reinheit und die elektrischen Eigenschaften des Siliziumkristalls beeinträchtigen und somit die Umwandlungseffizienz von Solarzellen und die Leistung von Halbleiterbauelementen beeinträchtigen. Um den Anforderungen dieser High-End-Industrien gerecht zu werden, werden Tiegel aus ultrahochreinem Quarz daher hinsichtlich der Rohstoffauswahl, der Kontrolle des Produktionsprozesses und der Qualitätsprüfung streng kontrolliert, um sicherzustellen, dass ihre Reinheit extrem hohe Standards erreicht.

Physische Form
Quarztiegels haben ein transparentes oder durchscheinendes Aussehen, und diese einzigartige optische Eigenschaft hängt eng mit ihrer inneren Mikrostruktur zusammen. Hochreine Quarztiegel weisen in der Regel eine hohe Transparenz auf, da sie nur sehr wenige innere Verunreinigungen und eine relativ vollständige Kristallstruktur aufweisen und das Licht bei der Ausbreitung im Inneren weniger gestreut und absorbiert wird.

Dieser hochtransparente Quarztiegel sieht nicht nur schön aus, sondern kann auch bei einigen Experimenten und Produktionen, die eine Beobachtung des Zustands geschmolzener Materialien oder Reaktionsprozesse erfordern, ein klares Sichtfeld bieten, was für den Bediener bequem in Echtzeit zu überwachen ist.

Wenn der Quarztiegel hingegen Spuren von Blasen oder anderen Verunreinigungen enthält, trifft das Licht während der Ausbreitung auf mehr Streuungsgrenzflächen, wodurch das Licht gestreut und reflektiert wird, wodurch der Tiegel durchscheinend oder undurchsichtig wird. Das Vorhandensein von Blasen beeinträchtigt nicht nur die Transparenz des Tiegels, sondern kann sich auch negativ auf die Festigkeit und Stabilität des Tiegels bei hohen Temperaturen auswirken. Beispielsweise können sich beim Hochtemperaturerhitzen Blasen ausdehnen oder platzen, was zu Rissen oder Schäden an der Tiegeloberfläche führt und so deren Lebensdauer und Sicherheit beeinträchtigt.

Oberflächenbehandlung
Moderne Quarztiegel werden häufig mit speziellen Beschichtungen an der Innenwand behandelt. Das gebräuchlichste Beschichtungsmaterial ist Siliziumnitrid, das wirksam verhindern kann, dass das geschmolzene Material an der Innenwand des Tiegels haftet, und auch die Lebensdauer des Tiegels bis zu einem gewissen Grad verlängern kann. Die Gleichmäßigkeit und Haftung der Beschichtung sind wichtige Indikatoren für die Qualität des Tiegels.

2. Leistungsvorteile von Quarztiegeln

Hervorragende Hitzebeständigkeit
Quarztiegels leisten hervorragende Arbeit in Arbeitsumgebungen mit hohen Temperaturen. Seine einzigartige Siliziumdioxid-Molekülstruktur verleiht ihm eine hervorragende Hochtemperaturstabilität und kann die strukturelle Integrität unter kontinuierlichen Hochtemperaturbedingungen aufrechterhalten. Diese Hitzebeständigkeit ist auf die spezielle Silizium-Sauerstoff-Bindungsart von Quarzmaterialien zurückzuführen, die eine hohe Bindungsenergie und eine stabile Struktur aufweist.

In praktischen Anwendungen können Quarztiegel der für das Schmelzen von Metallen oder das Kristallwachstum erforderlichen Hochtemperaturumgebung lange Zeit ohne Erweichung und Verformung standhalten, was deutlich besser ist als gewöhnliche Keramikprodukte. Es ist erwähnenswert, dass sich die hohe Temperaturstabilität von Quarztiegeln nicht nur in der statischen Temperaturbeständigkeit widerspiegelt, sondern auch im dynamischen Temperaturänderungsprozess. Es kann gute mechanische Eigenschaften beibehalten, was für viele andere Materialien schwierig zu erreichen ist.

Ausgezeichnete chemische Stabilität
Die chemische Inertheit von Quarztiegeln ist äußerst herausragend. In üblichen Schmelzumgebungen weist es eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber den meisten Chemikalien auf. Besonders in sauren Medien, Quarztiegel reagieren kaum mit üblichen anorganischen Säuren, was die Reinheit des Schmelzprozesses gewährleistet. Natürlich ist darauf hinzuweisen, dass Quarzmaterialien gegenüber einigen starken Säuren wie Flusssäure und heißer Phosphorsäure empfindlicher sind und in stark alkalischen Umgebungen auch leicht korrodieren.

Diese selektive chemische Stabilität macht Quarztiegel zu einer unersetzlichen Wahl in Bereichen wie Halbleiter und Photovoltaik, die eine extrem hohe Reinheit erfordern. Im praktischen Einsatz gewährleistet diese chemische Inertheit nicht nur die Prozessstabilität, sondern vermeidet auch das Risiko einer Schmelzeverunreinigung.

Gute thermische Eigenschaften
Die thermisch-physikalischen Eigenschaften von Quarzmaterialien sind einzigartig. Sein thermischer Ausdehnungskoeffizient ist extrem niedrig, was bedeutet, dass sich die Größe des Quarztiegels während des Temperaturanstiegs- und -abfallprozesses nur sehr wenig ändert. Diese Eigenschaft bringt zwei wesentliche Vorteile mit sich: Erstens kann eine gute Dimensionsstabilität bei Temperaturwechseln aufrechterhalten werden; Zweitens verringert es das Risiko von Strukturschäden durch thermische Belastung.

Obwohl Quarztiegel über eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegenüber Thermoschocks verfügen, müssen Benutzer dennoch darauf achten, drastische Temperaturänderungen zu vermeiden, da ein schneller Thermoschock immer noch Mikrorisse verursachen kann. Im tatsächlichen Betrieb wird empfohlen, ein schrittweises Heiz- und Kühlprogramm einzuführen, um die thermischen Leistungsvorteile von Quarztiegeln zu maximieren und ihre Lebensdauer zu verlängern.

Reinheitsgarantie
Hohe Reinheit ist eines der stolzesten Merkmale von Quarztiegeln. Quarztiegel, die mit fortschrittlichen Reinigungsprozessen hergestellt werden, können extrem niedrige Verunreinigungen aufweisen. Dieser Reinheitsvorteil ist wichtig für Prozesse wie die Züchtung von Halbleiter-Einkristallen, die eine extrem hohe Materialreinheit erfordern.

Die Reinheitsgarantie von Quarztiegeln spiegelt sich hauptsächlich in drei Aspekten wider: Erstens werden die Rohstoffe streng gesiebt und gereinigt; Zweitens wird der Herstellungsprozess in einer sauberen Umgebung durchgeführt. und schließlich wird das fertige Produkt mehreren Reinheitstests unterzogen. Diese umfassende Qualitätskontrolle stellt sicher, dass der Quarztiegel während des Gebrauchs nicht zu einer Kontaminationsquelle wird.

Auch die Reinheitsanforderungen für verschiedene Anwendungsbereiche variieren. High-End-Halbleiteranwendungen erfordern in der Regel Quarztiegel höchster Reinheit, während bei einigen industriellen Anwendungen die Standards entsprechend gelockert werden können.

3. Überblick über den Herstellungsprozess

Die Herstellung von Quarztiegel ist ein präziser und komplexer Prozess, der mehrere wichtige Prozessverbindungen umfasst. Die erste Phase ist die Vorbereitung des Rohmaterials. Die Herstellung hochwertiger Quarztiegel muss mit einer strengen Rohstoffprüfung beginnen. Hochwertiges Quarzerz muss mehrere physikalische Siebprozesse durchlaufen, wie z. B. Partikelgrößenklassifizierung, magnetische Trennung und Eisenentfernung sowie Flotationsreinigung.

Anschließend wird eine tiefgreifende chemische Reinigungsbehandlung durchgeführt, einschließlich Säurewaschverfahren, Hochtemperaturchlorierung und Reinstwasserreinigung, um sicherzustellen, dass die Reinheit der Rohstoffe mehr als 99,99 % erreicht. Die gereinigten Rohstoffe müssen mehrere Qualitätskontrollverfahren wie ICP-MS-Detektion, Laser-Partikelgrößenanalyse und Feuchtigkeitsgehaltsprüfung durchlaufen, um die Grundlage für die anschließende Verarbeitung zu legen.

Das Schmelzformen ist das zentrale Glied im Herstellungsprozess. Derzeit sind die beiden Hauptverfahrenswege das Lichtbogenverfahren und das Schmelzverfahren. Die Produktion im Lichtbogenverfahren erfolgt in einer Hochvakuumumgebung unter Verwendung eines hochreinen Graphitelektrodensystems. Der Quarzsand wird durch präzise Steuerung der Lichtbogenenergie geschmolzen. Anschließend wird das computergesteuerte Zentrifugalsystem verwendet, um eine gleichmäßige Formung zu erreichen.

Dieser Prozess erfordert eine Echtzeitüberwachung der Temperaturfeldverteilung, um die Stabilität des geschmolzenen Zustands sicherzustellen. Das Schmelzverfahren verwendet einen speziellen Ofen mit Mehrtemperaturzonensteuerung, schmilzt unter einer Schutzatmosphäre, verwendet eine hochpräzise Graphitform zur Formung und beseitigt schließlich innere Spannungen durch einen Gradientenkühlungsglühprozess. Beide Verfahren haben ihre eigenen Vorteile und eignen sich für die Herstellung von Tiegeln unterschiedlicher Spezifikationen und Verwendungszwecke.

Der geformte Tiegelrohling muss eine Reihe von Präzisionsbearbeitungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen durchlaufen. Die Bearbeitung umfasst CNC-Präzisionsbeschnitt, Polieren der Innenfläche und Kantenbehandlung, um Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität sicherzustellen. Besonders wichtig ist die Oberflächenbeschichtungstechnologie, und fortschrittliche Verfahren wie Plasmaspritzen oder CVD-chemische Gasphasenabscheidung werden verwendet, um eine gleichmäßige und dichte Siliziumnitrid-Schutzschicht auf der Innenwand des Tiegels zu bilden.

Um die Produktleistung weiter zu verbessern, sind spezielle Prozesse wie Ultraschallreinigung, Oberflächenaktivierungsbehandlung und Antistatikbehandlung erforderlich. Diese feinen Bearbeitungsschritte stehen in direktem Zusammenhang mit der Lebensdauer und Prozessstabilität des Tiegels.

Um die Produktqualität sicherzustellen, wurde ein umfassendes Qualitätskontrollsystem eingerichtet. Die Dimensionserkennung nutzt Technologien wie dreidimensionales Laserscannen, hochpräzise Rundheitsprüfung und Ultraschalldickenmessung, um eine digitale Kontrolle in Originalgröße zu erreichen.

Zu den Leistungstests gehören Hochtemperatur-Verformungstests, Thermoschocktests und Reinheitsanalysen, um tatsächliche Einsatzbedingungen zu simulieren und die Produktzuverlässigkeit zu überprüfen. Die zerstörungsfreie Prüfverbindung nutzt Technologien wie Röntgenfehlererkennung, Ultraschallprüfung und optische automatische Sortierung, um sicherzustellen, dass das Produkt keine internen Mängel aufweist. Für jeden Testlink gelten strenge Qualitätsstandards. Nicht qualifizierte Produkte werden sofort isoliert und verarbeitet.

4. Hauptanwendungsgebiete

Anwendung in der Photovoltaik-Industrie:
In der Photovoltaik-Industriekette spielen Quarztiegel eine Schlüsselrolle, insbesondere beim Wachstum von einkristallinem Silizium. Bei der Verwendung der Czochralski-Methode zur Herstellung von einkristallinem Silizium muss der Quarztiegel als Behälter für geschmolzenes Silizium einer Hochtemperaturumgebung von mehr als 1600 °C standhalten. Die Besonderheit von Quarztiegeln in Photovoltaikqualität besteht darin, dass zunächst die Innenwand normalerweise mit einer Siliziumnitridbeschichtung versehen werden muss, die verhindert, dass die Siliziumschmelze an der Tiegelwand haftet, und das Eindringen von Sauerstoff wirksam kontrolliert. Zweitens muss der Tiegel aufgrund der extremen Reinheitsanforderungen beim Wachstum von einkristallinem Silizium aus hochreinem Quarzsand bestehen und der Gehalt an Metallverunreinigungen muss auf dem ppb-Niveau kontrolliert werden.

Es ist zu beachten, dass der Quarztiegel unter kontinuierlichen Hochtemperatur-Arbeitsbedingungen allmählich kristallisiert und eine Quarzphase bildet, was die mechanische Festigkeit des Tiegels erheblich verringert. Daher sind Photovoltaiktiegel in der Regel als Einwegprodukte konzipiert, und für jeden Ofen zum Wachstum von Einkristallsilizium muss ein neuer Tiegel ausgetauscht werden.

Anwendungen in der Halbleiterfertigung:
Die Halbleiterindustrie hat strengere technische Anforderungen an Quarztiegel gestellt. Bei der Herstellung von Silizium-Einkristallen für integrierte Schaltkreise müssen Quarztiegel nicht nur eine extrem hohe Reinheit gewährleisten, sondern auch eine hervorragende thermische Stabilität und Maßgenauigkeit aufweisen.

Die besonderen Merkmale von Tiegeln in Halbleiterqualität sind: Erstens muss die Herstellung im Lichtbogenverfahren unter dem Schutz von hochreinem Argon durchgeführt werden, um mögliche Verunreinigungen zu vermeiden; Zweitens ist der Prozess der Innenoberflächenbehandlung anspruchsvoller und die Beschichtungsdicke muss mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich gesteuert werden. Drittens gelten strenge Anforderungen an die thermische Vorgeschichte des Tiegels und es muss sichergestellt sein, dass bei hohen Temperaturen keine flüchtigen Stoffe freigesetzt werden.

Mit der kontinuierlichen Verkleinerung von Halbleiterbauelementen steigen die Qualitätsanforderungen an Quarztiegel weiter, insbesondere hinsichtlich der Reduzierung von Mikrodefekten und der Kontrolle des Sauerstoffgehalts. Es wurden neue Herausforderungen gestellt.

Anwendung spezieller Materialvorbereitung:
Im Bereich Sonderwerkstoffe, Quarztiegel zeigen einen einzigartigen Anwendungswert. Beim Schmelzen von Edelmetallen, beispielsweise bei der Reinigung von Metallen der Platingruppe, kann die chemische Inertheit von Quarztiegeln sicherstellen, dass die Metalle nicht verunreinigt werden. Bei der Herstellung von Spezialgläsern wie optischem Glas und Laserglas sorgt die hohe Reinheit von Quarztiegeln für die Lichtdurchlässigkeit von Glas; Beim Wachstumsprozess von Laserkristallen wie YAG, Saphir und anderen Kristallen können Quarztiegel eine stabile Schmelzumgebung schaffen.

Zu den besonderen Anforderungen dieser Anwendungen an Tiegel gehören: die Gestaltung spezifischer geometrischer Formen für unterschiedliche Schmelzeigenschaften; Entwicklung spezieller Beschichtungen zur Verbesserung der Schnittstelleneigenschaften; und Optimierung der Wärmefeldverteilung entsprechend den Prozessanforderungen. In manchen besonderen Fällen werden auch transparente Quarztiegel benötigt, um den Schmelzvorgang zu beobachten.

Anwendung wissenschaftlicher Forschungsexperimente:
Im Bereich der materialwissenschaftlichen Forschung sind Quarztiegel unverzichtbare experimentelle Werkzeuge. Die Eigenschaften von Labortiegeln sind: unterschiedliche Spezifikationen, die von wenigen Millilitern bis zu mehreren Litern reichen; feines Design, teilweise mit speziellen Strukturdeckeln und Lüftungsöffnungen ausgestattet; strenge Reinheitsanforderungen, insbesondere bei der Verwendung für die Synthese von Nanomaterialien.

Der besondere Wert von Tiegeln für die wissenschaftliche Forschung liegt darin, dass sie erstens den besonderen Umweltanforderungen bei der Forschung und Entwicklung neuer Materialien wie Ultrahochvakuum oder Spezialatmosphäre gerecht werden können. Zweitens können sie einigen extremen experimentellen Bedingungen wie schnellem Temperaturanstieg und -abfall oder stark korrosiver Umgebung standhalten. Drittens integrieren einige Forschungstiegel auch spezielle Funktionen wie Temperaturmessung und -beobachtung.

Mit der Entwicklung der Materialwissenschaften entwickeln sich Quarztiegel für die wissenschaftliche Forschung in Richtung Funktionalisierung und Intelligenz, beispielsweise durch die Entwicklung von Verbundtiegeln mit katalytischen Funktionen oder intelligenten Tiegeln mit integrierten Sensoren.

Anwendungen in aufstrebenden Bereichen:
Zusätzlich zu den traditionellen Anwendungen bieten Quarztiegel auch im Bereich neuer Technologien breite Perspektiven. Bei der Herstellung von Halbleitermaterialien der dritten Generation müssen sich Quarztiegel an höhere Wachstumstemperaturen anpassen; Beim Sintern von positiven Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien kann die Stabilität von Quarztiegeln die Materialeigenschaften verbessern. Bei der Forschung und Entwicklung neuer photovoltaischer Perowskit-Materialien bieten Quarztiegel eine ideale Reaktionsumgebung.

Diese neuen Anwendungen stellen neue Anforderungen an Quarztiegel, einschließlich der Entwicklung von Produkten mit höheren Temperaturgraden, der Verbesserung der Stabilität in bestimmten chemischen Umgebungen und der Gestaltung komplexerer Strukturformen. Mit dem Durchbruch neuer Materialtechnologien wird der Anwendungsbereich von Quarztiegeln in Zukunft weiter erweitert.

5. Der Unterschied zwischen Quarztiegel und Keramik- oder Graphittiegel
Vorteil der chemischen Stabilität:
Die chemische Inertheit von Quarztiegel ist ausgezeichnet, was vor allem auf seine stabile tetraedrische SiO2-Kristallstruktur zurückzuführen ist. In einer Hochtemperatur-Schmelzumgebung reagiert Quarzmaterial kaum mit den meisten Metallschmelzen, einschließlich aktiver Metalle wie Silizium und Aluminium. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig in der Halbleiterfertigung, da selbst eine Verunreinigung im Bereich von Teilen pro Milliarde zu einer erheblichen Verschlechterung der Chipleistung führen kann.

Im Vergleich dazu reagieren Tiegel aus Aluminiumoxidkeramik bei hohen Temperaturen mit bestimmten Übergangsmetallen, während Tiegel aus Graphit zwangsläufig Kohlenstoffverunreinigungen in die Schmelze einbringen. Es ist erwähnenswert, dass Quarztiegel besonders beständig gegen anorganische Säuren sind und der Korrosion durch die meisten starken Säuren außer Flusssäure und heißer Phosphorsäure widerstehen können. In einer stark alkalischen Umgebung, insbesondere unter Hochtemperaturbedingungen, wird Quarz jedoch allmählich erodiert, was bei seiner Verwendung besondere Aufmerksamkeit erfordert.

Anpassungsfähigkeit an Umgebungen mit hohen Temperaturen:
Die Stabilität von Quarztiegeln in oxidierenden Atmosphären mit hoher Temperatur ist ihr wesentlicher Vorteil. In einer Luftumgebung kann es bei einer Temperatur nahe seinem Erweichungspunkt lange Zeit stabil arbeiten, während der Graphittiegel unter dieser Bedingung schnell oxidiert und verliert. Experimentelle Daten zeigen, dass unter den gleichen Bedingungen die Lebensdauer des Quarztiegels das 5- bis 10-fache der Lebensdauer des Graphittiegels erreichen kann.

Obwohl einige Spezialkeramiken wie Zirkonoxid auch hohen Temperaturen standhalten, weisen sie häufig Phasenwechselprobleme auf, die zu einer verringerten thermischen Stabilität führen. Der Quarztiegel kann nicht nur bei hohen Temperaturen eine stabile Form behalten, sondern seine mechanische Festigkeit nimmt auch langsam ab, was ihn besonders für langfristige Hochtemperaturprozesse geeignet macht. In einer Vakuumumgebung ist die Leistung des Quarztiegels noch besser und es entstehen nahezu keine flüchtigen Verunreinigungen.

Thermische Leistungsmerkmale:
Die thermisch-physikalischen Eigenschaften von Quarzmaterialien sind einzigartig. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt nur etwa 1/10 des von gewöhnlicher Keramik, wodurch es bei Temperaturänderungen kaum zu offensichtlichen Dimensionsänderungen kommt. Diese Funktion bringt zwei wichtige Vorteile mit sich: Erstens, während des Temperaturzyklus Quarztiegel es ist nicht einfach, thermische Spannungsrisse zu erzeugen; Zweitens ist die thermische Anpassung an die unterstützende Ausrüstung besser. Dennoch ist es immer noch notwendig, schnelle Temperaturänderungen über 300 °C/Minute zu vermeiden, um Schäden durch Thermoschock zu verhindern.

Im Gegensatz dazu ist gewöhnliche Keramik aufgrund ihres höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten anfälliger für Mikrorisse während thermischer Zyklen. Obwohl Graphitmaterialien eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, führen ihre anisotropen Wärmeausdehnungseigenschaften häufig zu strukturellen Verformungen, was die Genauigkeit der Verwendung beeinträchtigt.

Reinheitssicherung:
Im Bereich ultrahochreiner Anwendungen ist der Reinheitsvorteil von Quarztiegel ist unersetzlich. Der Gesamtverunreinigungsgehalt von hochreinem Quarzsand, der durch moderne Reinigungsverfahren hergestellt wird, kann unter 1 ppm gehalten werden. Dieser Reinheitsgrad ist für das Wachstum von Halbleiter-Einkristallen von entscheidender Bedeutung, da jegliche Fremdverunreinigungen zu Kristalldefekten führen können.

Im Gegensatz dazu ist es selbst bei Keramiktiegeln höchster Reinheit schwierig, die Migration von Spurenverunreinigungselementen zu vermeiden, während bei Graphittiegeln immer das Risiko einer Kohlenstoffverunreinigung besteht. In der tatsächlichen Produktion müssen Quarztiegel in Halbleiterqualität außerdem speziellen Oberflächenbehandlungen wie Hochtemperatur-Brenn- und Entgasungsprozessen unterzogen werden, um das Risiko einer Oberflächenverunreinigung weiter zu verringern. Diese strenge Reinheitskontrolle ist die Grundlage für die Sicherstellung der Geräteleistung.

Optische Eigenschaften:
Die optischen Eigenschaften transparenter Quarztiegel bringen einzigartige Anwendungsvorteile. Im ultravioletten bis nahen Infrarotbereich übersteigt die Durchlässigkeit von hochreinem Quarz 90 %, sodass der Bediener den Echtzeitstatus des Schmelzprozesses direkt beobachten kann. Diese Visualisierungsfunktion ist für die Prozessentwicklung und Prozesssteuerung äußerst wichtig. Beispielsweise kann beim Wachstum von einkristallinem Silizium die Morphologie der Fest-Flüssigkeit-Grenzfläche intuitiv beobachtet werden.

Im Gegensatz dazu sind Keramik- und Graphittiegel völlig undurchsichtig und können nur indirekt überwacht werden. Die moderne, fortschrittliche Fertigung hat auch Quarztiegel mit Beobachtungsfenstern entwickelt, um den Beobachtungsanforderungen spezieller Prozesse gerecht zu werden. Es ist erwähnenswert, dass transparenter Quarz bei hohen Temperaturen aufgrund der Kristallisation allmählich an Transparenz verliert, seine Grundfunktionen werden dadurch jedoch in der Regel nicht beeinträchtigt.

Oberflächeneigenschaften:
Die speziell behandelten Quarztiegel Die Oberfläche weist eine hervorragende Leistung auf. Durch Technologien wie die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung kann eine nanoskalige Siliziumnitridbeschichtung auf der Innenfläche des Tiegels gebildet werden. Diese Beschichtung kann nicht nur das Anhaften von Schmelzen wirksam verhindern, sondern auch die Auflösung von Quarz in der Schmelze hemmen.

Experimente zeigen, dass die optimierte Beschichtung die Lebensdauer des Tiegels um mehr als 30 % verlängern kann. Im Gegensatz dazu ist die Oberflächenmodifizierung von Keramiktiegeln schwieriger, während Graphittiegel eine komplexe Antioxidationsbehandlung erfordern. Die moderne Oberflächentechnologie hat auch eine Gradientenübergangsschichttechnologie entwickelt, die die Haftfestigkeit zwischen der Beschichtung und dem Substrat erheblich verbessert und so die Leistung weiter verbessert. Diese Oberflächenbehandlungstechnologien sind die wichtigste Garantie dafür, dass der Quarztiegel unter rauen Bedingungen stabil funktioniert.