在做半导体时石英坩埚为什么要套上石墨坩埚

只是会增加热阻，你放东西进去加热效果会变得很差。当然如果你套得非常非常紧的话，加热后石墨坩埚可能会裂开。石墨坩埚会在酒精灯上发生燃烧，石英坩埚因受热不均可能会导致出现裂缝 。石英坩埚可在1650度以下使用，分透明和不透明两种。用电弧法制的半透明石英坩埚是拉制大直径单 石英坩埚晶硅，是发展大规模集成电路必不可少的基础材料。当今，世界半导体工业发达国家已用此坩埚取代了小的透明石英坩埚。它具有高纯度、耐温性强、尺寸大、精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点。2、不能和HF接触，高温时，极易和苛性碱及碱金属的碳酸盐反应。3．石英坩埚适于用K2S2O7，KHSO4作熔剂熔融样品和用Na2S207(先在212度烘干)作熔剂处理样品。4．石英质脆，易破，使用时要注意。5．除Hf外，普通稀无机酸可用作清洗液。石墨坩埚的主体原料，是结晶形天然石墨。故它保持着天然石墨原有的各种理化特性。石墨坩埚具有良好的热导性和耐高温性，在高温使用过程中，热膨胀系数小，对急热、急冷具有一定抗应变性能。对酸，碱性溶液的抗腐蚀性较强，具有优良的化学稳定性。石墨坩埚，因具有以上优良的性能，所以在冶金、铸造、机械、化工等工业部门，被广泛用于合金工具钢的冶炼和有色金属及其合金的熔炼。并有着较好的技术经济效果。

（1）

硅的主要来源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通过共价键连接在一起。因此需要将氧元素从二氧化硅中分离出来，换句话说就是要将硅还原出来，采用的方法是将二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在电弧炉中加热至2100°C左右，这时碳就会将硅还原出来。化学反应方程式为：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸热）

（2）

上一步骤中得到的硅中仍有大约2%的杂质，称为冶金级硅，其纯度与半导体工业要求的相差甚远，因此还需要进一步提纯。方法则是在流化床反应器中混合冶金级硅和氯化氢气体，最后得到沸点仅有31°C的三氯化硅。化学反应方程式为：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放热）

(3）

随后将三氯化硅和氢气的混合物蒸馏后再和加热到1100°C的硅棒一起通过气相沉积反应炉中，从而除去氢气，同时析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为99.9999999%的硅，换句话说，也就是平均十亿个硅原子中才有一个杂质原子。

（4）

进行到目前为止，半导体硅晶体对于芯片制造来说还是太小，因此需要把块状多晶硅放入坩埚内加热到1440°C以再次熔化 。为了防止硅在高温下被氧化，坩埚会被抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂硅晶种探入熔融硅中，晶体成长时，以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率缓慢从熔液中拉出：

探入晶体“种子”

长出了所谓的“肩部”

长出了所谓的“身体”

这样一段时间之后就会得到一根纯度极高的硅晶棒，理论上最大直径可达45厘米，最大长度为3米。

以上所简述的硅晶棒制造方法被称为切克劳斯法（Czochralski process，也称为柴氏长晶法），此种方法因成本较低而被广泛采用，除此之外，还有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮动区法（floating zone process）都可以用来制造单晶硅。

坩埚

坩埚是用极耐火的材料(如粘土、石墨、瓷土或较难熔化的金属)所制的器皿或熔化罐。

使用方法：

坩埚为一陶瓷深底的碗状容器。当有固体要以大火加热时，就必须使用坩埚。因为它比玻璃器皿更能承受高温。坩埚使用时通常会将坩埚盖斜放在坩埚上，以防止受热物跳出，并让空气能自由进出以进行可能的氧化反应。坩埚因其底部很小，一般需要架在泥三角上才能以火直接加热。坩埚在铁三角架上用正放或斜放皆可，视实验的需求可以自行安置。坩埚加热后不可立刻将其置于冷的金属桌面上，以避免它因急剧冷却而破裂。也不可立即放在木质桌面上，以避免烫坏桌面或是引起火灾。正确的作法为留置在铁三角架上自然冷却，或是放在石棉网上令其慢慢冷却。坩埚的取用请阅坩埚钳。

主要用途：

(1)溶液的蒸发、浓缩或结晶

(2)灼烧固体物质

使用注意事项：

(1)可直接受热，加热后不能骤冷，用坩埚钳取下

(2)坩埚受热时放在铁三角架上

(3)蒸发时要搅拌；将近蒸干时用余热蒸干

坩埚可分为石墨坩埚、粘土坩埚和金属坩埚三大类。

在石墨坩埚中，又有普型石墨坩埚与异型石墨坩埚及高纯石墨坩埚三种。各种类型的石墨坩埚，由于性能、用途和使用条件不同，所用的原料、生产方法、工艺技术和产品型号规格也都有所区别。

石墨坩埚的主体原料，是结晶形天然石墨。故它保持着天然右墨原有的各种理化特性。

即：具有良好的热导性和耐高温性，在高温使用过程中，热膨胀系数小，对急热、急冷具有一定抗应变性能。对酸，碱性溶液的抗腐蚀性较强，具有优良的化学稳定性。

坩埚的型号规格较多，在应用时不受生产规模、批量大小和熔炼物质品种的限制，可任意选择，适用性较强，并可保证被熔炼物质的纯度。

石墨坩埚，因具有以上优良的性能，所以在冶金、铸造、机械、化工等工业部门，被广泛用于合金工具钢的冶炼和有色金属及其合金的熔炼。并有着较好的技术经济效果。

坩埚的种类大体分为三大类：第一类炼铜坩埚，其规格“号”，；第二类为炼铜合金坩埚，特圆形有100个号，圆形有100个号，第三种炼钢用的坩埚，有100个号。

坩埚规格（大小），通常是用顺序号大小表示的，1号坩埚具有能熔化1000g 黄铜的容积，其重量为180g。坩埚在熔炼不同金属或合金时熔化量计算，可以坩埚的容重规格号，乘上相应金属和合金系数。

坩埚的生产原料，可概括为三大类型。一是结晶质的天然石墨，二是可塑性的耐火

粘土，三是经过煅烧的硬质高岭土类骨架熟料。近年来，开始采用耐高温的合成材料，如：碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁等做坩埚的骨架熟料。这种熟料对提高坩埚产品质量，增强坩埚密度和机械强度有着显著效果。

镍坩埚 适用于NaOH Na2O2、Na2CO3 NaHCO3以及含有有KNO3的碱性溶剂熔融样品，不适用于KHSO4或NaHS04、K2S2O7或Na2S2O7等酸性溶剂以及含硫的碱性硫化物熔剂熔融样品。

石英坩埚

1．石英坩埚可在1450度以下使用，分透明和不透明两种。用电弧法制的半透明石英坩埚是拉制大直径单晶硅，发展大规模集成电路必不可少的基础材料。当今，世界半导体工业发达国家已用此坩埚取代了小的透明石英坩埚。他具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点。

2、不能和HF接触，高温时，极易和苛性碱及碱金属的碳酸盐作用。

3．石英坩埚适于用K2S2O7，KHSO4作熔剂熔融样品和用Na2S207(先在212度烘干)作熔剂处理样品。

4．石英质脆，易破，使用时要注意。

5．除HF外，普通稀无机酸可用作清洗液。

瓷坩埚

1．可耐热1200度左右

2．适用于K2S207等酸性物质熔融样品。

3．一般不能用于以Na0H、Na202、Na2CO3等碱性物质作熔剂熔融，以免腐蚀瓷坩埚。瓷坩埚不能和氢氟酸接触。

4．瓷坩埚一般可用稀HCl煮沸清洗涤

刚玉坩埚

1．刚玉坩埚是由多孔熔融氧化铝组成，质坚而耐熔。

2．刚玉坩埚适于用无水Na2C03等一些弱碱性物质作熔剂熔融样品，不适于用Na 202、NaOH等强碱性物质和酸性物质作熔剂(如K2S 207等)熔融样品。

泥三角

泥三角是灼烧时放置坩埚用的工具

泥三角由三根铁丝弯成，套有三截素烧瓷管，形如三角形而得名。它有大、小之分，视坩埚大小而选用。

1.用途：

以耐热陶瓷管和铁线缠绕而成的三角形支撑物，用来支撑坩埚以利加热。

2.使用方法：

泥三角因有耐热的陶瓷管包着因此可耐高温，而其中空的管柱内又有铁线穿过故可承受重量。当有需要用本生灯强热的物体时，通常都会将泥三角置于铁环上做为该物的支撑。最常见到的是在坩埚加热的实验中使用。

3.使用注意事项

（1）常与三脚架配合使用。

（2）不能强烈撞击，以免损坏瓷管。

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