目前在用的石英坩堝通常有內外兩層結構，內側是氣泡較少的透明層，外側是氣泡較多的非透明層。外側氣泡層的主要作用在于讓熱傳輸更加均勻。

       氣泡隨著(zhù)高溫過(guò)程會(huì )長(cháng)大、合并，有可能會(huì )導致內層石英剝落。另外，非晶態(tài)的石英坩堝在高溫下會(huì )發(fā)生晶化，形成穩定的結晶態(tài)方石英。 
      晶體的方石英在熔硅的流動(dòng)沖刷中，剝落進(jìn)入到熔體，再流動(dòng)到晶體生長(cháng)前沿，就容易導致硅單晶體失去單晶結構，即俗稱(chēng)的長(cháng)晶斷線(xiàn)。 
      有研究發(fā)現，在石英坩堝內壁上涂上一層鋇離子的化合物，可以促進(jìn)石英坩堝內層的晶化。在《電子專(zhuān)用材料單晶硅生長(cháng)用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規范》（河北省地方標準）中，標明了主要的涂層原料有：氫氧化鋇；溶液試劑純度≥99.99%。 
      有分析認為，BaCO3的摻雜，可以促進(jìn)坩堝內壁形成微小致密的方石英結晶，這種致密的內壁結晶層不容易被硅熔體沖刷剝落，微小的顆粒即使有剝落，也更容易在高溫熔體中熔化。由于鋇在硅中的分凝系數極小，約2.25*10-8，因此微量的摻鋇并不會(huì )影響單晶硅少子壽命。 
      另外，利用坩堝涂層反應機理的研究，將坩堝表面的氫氧化鋇涂層做得更牢固以減少硅液對坩堝表面的侵蝕，提高石英坩堝的使用壽命。

涂鋇工藝

     制作鋇涂層，是涂層坩堝制作的核心工序，能保證坩堝使用過(guò)程中形成均勻的析晶層，提升坩堝的長(cháng)晶性能。將氫氧化鋇粉體溶于水，坩堝放入涂鋇機內，氫氧化鋇均勻噴涂于坩堝內表面。氫氧化鋇極易與空氣中的 CO₂反應生BaCO₃，坩堝表面的涂層即為BaCO₃。涂鋇過(guò)程中無(wú)Ba離子產(chǎn)生，但 Ba(OH)₂溶液，BaCO₃沉淀都是對人體有危害的物質(zhì)，操作過(guò)程需做好防護。

石英坩堝涂層的研究現狀

      Xinming Huang等為了闡明直拉硅晶體生長(cháng)用石英坩堝中Ba摻雜的影響，采用原位觀(guān)察和差示掃描量熱法研究了Si熔體與Ba摻雜石英玻璃界面的反應，發(fā)現當石英玻璃中Ba的濃度高于30 ppm時(shí)，Ba摻雜完全抑制了棕環(huán)的產(chǎn)生。 
      莫宇等研究了兩種不同內涂層的石英坩堝，一種是內層為高純合成石英砂的坩堝(SQC)，另一種是內層涂抹了堿土金屬鋇的離子溶液的天然石英砂的坩堝(NQC)。使用兩種石英坩堝長(cháng)時(shí)間生長(cháng)大直徑(350mm)單晶后，通過(guò)金相顯微鏡對兩種石英坩堝表面形態(tài)進(jìn)行了觀(guān)察，并使用粗糙度測試儀對其粗糙度進(jìn)行了測試，同時(shí)使用ICP-MS測試了生長(cháng)出的晶體的金屬濃度。結果表明，使用NQC有較多雜質(zhì)顆粒進(jìn)入到硅熔體中對單晶的無(wú)位錯生長(cháng)和單晶質(zhì)量造成了影響，而使用SQC可減少此現象。 
      Hansen等提出了坩堝內涂堿土金屬(如Ba)的離子溶液，可以改進(jìn)坩堝質(zhì)量，有利于單晶生長(cháng)。 
      Tomzig等論述生長(cháng)300mm高質(zhì)量單晶的困難，其中提到了使用內合成石英坩堝可能提供更高的壽命。內涂鋇石英坩堝目前廣泛用于較小尺寸直徑單晶的生長(cháng),而合成坩堝被國外廠(chǎng)家普遍使用于大尺寸單晶生長(cháng)。由于國內大尺寸單晶生長(cháng)技術(shù)發(fā)展緩慢，大尺寸合成石英坩堝制備困難，對合成石英坩堝的深入研究也較少。

      資料來(lái)源： [1]晶格半導體 [2]石星宇：連續拉晶下石英坩堝內氣泡變化規律及晶棒的性能研究   [3]粉體網(wǎng)