阅读说明：本技术 一种多晶硅坩埚涂层及其制备方法 (Polycrystalline silicon crucible coating and preparation method thereof ) 是由 曾磊 张乃文 张玉玉 纪杨 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多晶硅坩埚涂层及其制备方法,包括,氮化硅重量百分比为15-25％,氧化剂重量百分比为5-15％,粘合剂重量百分比为5-20％,分散剂重量百分比为60-70％。按比例称取氮化硅粉末、氧化剂、粘合剂和分散剂混合搅拌成均匀的混合液；混合液通过喷涂设备进行二次喷涂,均匀喷涂于坩埚内壁后低温烘干；低温烘干结束后,将坩埚放入烧结炉内900-1000℃烧结2-3小时,烧结完成后在1小时内降至室温25℃。所得氮化硅涂层与坩埚具有极佳的粘结力,附着牢固,不易脱落；氮化硅涂层厚度为200μm-600μm,可以完全阻隔硅液与二氧化硅以及其他杂质发生反应,有效避免了坩埚及杂质对硅的污染。(The invention discloses a polysilicon crucible coating and a preparation method thereof, comprising 15-25% of silicon nitride, 5-15% of oxidant, 5-20% of adhesive and 60-70% of dispersant by weight percentage. Weighing silicon nitride powder, an oxidant, a binder and a dispersant according to a proportion, mixing and stirring to obtain a uniform mixed solution; the mixed solution is sprayed for the second time by a spraying device, and is evenly sprayed on the inner wall of the crucible and then dried at low temperature; after the low-temperature drying is finished, the crucible is placed into a sintering furnace for sintering at the temperature of 900-1000 ℃ for 2-3 hours, and the temperature is reduced to 25 ℃ within 1 hour after the sintering is finished. The obtained silicon nitride coating has excellent binding power with the crucible, is firmly attached and is not easy to fall off; the thickness of the silicon nitride coating is 200-600 μm, which can completely prevent the silicon liquid from reacting with silicon dioxide and other impurities, and effectively avoid the pollution of the crucible and the impurities to silicon.)

一种多晶硅坩埚涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭炉坩埚涂层领域，具体为一种多晶硅坩埚涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能材料因其绿色、环保、高效等优异特点，广泛应用于民用和国防建设。多晶硅是太阳能材料的重要组成部分，其质量的好坏对太阳能材料的性能起决定性作用。目前，国内外生产多晶硅的主要工艺技术是“西门子改良法”，用提纯后的高纯三氯氢硅与氢气按比例混合后，在一定的温度和压力下通入多晶硅还原炉内，在通电高温硅芯上进行沉积反应生成多晶硅，最终生成棒状多晶硅产品。棒状多晶硅产品收集后送入铸锭炉内铸成多晶硅硅锭，随后进行进一步切割加工。多晶硅硅锭是在铸锭炉的坩埚中加工成型的，目前，铸锭用坩埚的材质主要是石英陶瓷坩埚，全称为高纯熔融石英陶瓷坩埚(二氧化硅含量≥99.9％)。是以高纯熔融石英为原料做成的陶瓷质坩埚。一般情况下，其形状主要有方形和圆筒形。其中，方形的高纯石英坩埚用在多晶硅铸锭环节，充当多晶硅化料和长晶的容器；圆形的高纯石英坩埚则用在单晶硅中拉单晶的环节。石英陶瓷坩埚具有结构精细、热导率低、热膨胀系数小、制成品尺寸精度高、高温不变形、热震稳定性好、电性能好、耐化学侵蚀性好等特点，但是在多晶硅铸锭过程中，仍存在一些不足。众所周知，在多晶硅铸锭生产过程中，陶瓷坩埚主要是用来盛放熔融状态的硅液，而陶瓷坩埚的主要化学成分是二氧化硅，熔融状态中的硅可同其接触的陶瓷坩埚发生反应。硅液与二氧化硅反应生成一氧化硅，从而引入氧污染硅液。同时，一氧化硅具有挥发性，可以与多晶硅铸锭炉内的石墨部件反应，生成碳化硅和一氧化碳。一氧化碳又会与硅液反应生成更多的挥发性物质或杂质，如一氧化硅、碳、碳化硅、金属痕量物质或添加剂的碳化物及氧化物。此外，硅液还会与陶瓷坩埚中的各种杂质，如铁、硼、铝等发生反应。

二氧化硅与硅液之间的反应促使硅粘附在坩埚上，由于二氧化硅与硅这两种材料之间的热膨胀系数不同，如果硅材料和陶瓷坩埚壁结合紧密，在晶体冷却时很可能造成晶体硅或陶瓷坩埚破裂。硅熔体和陶瓷坩埚的长时间接触还会造成陶瓷坩埚的腐蚀，甚至引起坩埚破损，造成硅液溢流。

为了解决这些问题，工艺上一般采用氮化硅等材料作为涂层涂敷在陶瓷坩埚的内壁，隔离硅熔体和陶瓷坩埚的直接接触，可防止或减少熔融硅与二氧化硅反应，避免或减少多晶硅锭污染和开裂。为了达到这种效果，氮化硅涂层必须有足够的厚度防止硅液与二氧化硅发生反应，并且氮化硅涂层本身不允许引入新的杂质污染硅。

但是，目前采用氮化硅涂层的陶瓷坩埚存在两方面的严重不足，一方面是氮化硅涂层的陶瓷坩埚粘结的并不牢固，在使用期间甚至在使用之前容易脱落或剥落，不能完全防止硅液与二氧化硅发生反应，易造成粘埚以及裂锭等现象；另一方面是氮化硅涂层的厚度不够，一般氮化硅涂层的厚度至少需要在200μm以上，才能有效防止硅液与陶瓷坩埚发生反应，涂层太薄不能有效阻隔坩埚中杂质对硅锭的污染，影响了硅锭的质量。

发明内容

本发明提供一种多晶硅坩埚涂层及其制备方法，可得到厚度在200μm-600μm的涂层，且涂层与陶瓷坩埚粘结牢固，不易脱落。

具体技术方案是，一种多晶硅坩埚涂层，包括：氮化硅，氧化剂，粘合剂，分散剂，其特征在于：氮化硅重量百分比为15-25％，氧化剂重量百分比为5-15％，粘合剂重量百分比为5-20％，分散剂重量百分比为60-70％。

进一步，所述的分散剂为水和乙醇的中的一种或两种。

进一步，所述的粘合剂为石蜡和聚乙烯醇中的一种或两种。

进一步，所述的氧化剂为双氧水，高锰酸钾，铬酸钾中的任意一种。

进一步，所述的氮化硅粉末颗粒的粒径为50nm-1μm。

进一步，所述的氮化硅粉末颗粒的粒径是粒径＜50nm的颗粒与粒径为50nm-1μm的颗粒的混合，其中粒径＜50nm的氮化硅粉末颗粒占10-50％。

进一步，所述氮化硅涂层的厚度为200μm-600μm。

进一步，一种多晶硅坩埚涂层制备方法为：按比例称取氮化硅粉末、氧化剂、粘合剂和分散剂混合搅拌成均匀的混合液；混合液通过喷涂设备均匀喷涂于坩埚内壁，在70-90℃下低温烘干1小时后进行二次喷涂，二次喷涂后继续在70-90℃下低温烘干5小时；低温烘干结束，将坩埚放入烧结炉内900-1000℃烧结2-3小时，烧结完成后在1小时内降至室温25℃。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

本发明制得的氮化硅涂层与坩埚具有极佳的粘结力，附着牢固，不易脱落；通过二次喷涂法得到的氮化硅涂层厚度为200μm-600μm，可以完全阻隔硅液与二氧化硅以及其他杂质发生反应，有效避免了坩埚及杂质对硅的污染。

具体实施方式

实施例1：

一种多晶硅坩埚涂层，其中，氮化硅重量百分比为15％，双氧水重量百分比为5％，石蜡重量百分比为20％，水重量百分比为60％。

进一步，所述的氮化硅粉末颗粒的粒径为50nm-1μm。

进一步，所述氮化硅涂层的厚度为200μm。

进一步，一种多晶硅坩埚涂层制备方法为：称取15份氮化硅粉末、5份双氧水、20份石蜡和60份水，混合搅拌成均匀的混合液；混合液通过喷涂设备均匀喷涂于坩埚内壁，在70-90℃下低温烘干1小时后进行二次喷涂，二次喷涂后继续在70-90℃下低温烘干5小时；低温烘干结束，将坩埚放入烧结炉内900-1000℃烧结2-3小时，烧结完成后在1小时内降至室温25℃。

实施例2：

一种多晶硅坩埚涂层，其中，氮化硅重量百分比为25％，高锰酸钾重量百分比为5％，聚乙烯醇重量百分比为5％，水重量百分比为65％。

进一步，所述的氮化硅粉末颗粒的粒径是粒径＜50nm的颗粒与粒径为50nm-1μm的颗粒的混合，其中粒径＜50nm的氮化硅粉末颗粒占10％。

进一步，所述氮化硅涂层的厚度为600μm。

进一步，一种多晶硅坩埚涂层制备方法为：称取25份氮化硅粉末、5份高锰酸钾、5份聚乙烯醇和65份水，混合搅拌成均匀的混合液；混合液通过喷涂设备均匀喷涂于坩埚内壁，在70-90℃下低温烘干1小时后进行二次喷涂，二次喷涂后继续在70-90℃下低温烘干5小时；低温烘干结束，将坩埚放入烧结炉内900-1000℃烧结2-3小时，烧结完成后在1小时内降至室温25℃。

实施例3：

一种多晶硅坩埚涂层，其中，氮化硅重量百分比为15％，铬酸钾重量百分比为15％，石蜡重量百分比为10％，乙醇重量百分比为60％。

进一步，所述的氮化硅粉末颗粒的粒径是粒径＜50nm的颗粒与粒径为50nm-1μm的颗粒的混合，其中粒径＜50nm的氮化硅粉末颗粒占50％。

进一步，所述氮化硅涂层的厚度为400μm。

进一步，一种多晶硅坩埚涂层制备方法为：称取15份氮化硅粉末、15份铬酸钾、10份石蜡和60份乙醇，混合搅拌成均匀的混合液；混合液通过喷涂设备均匀喷涂于坩埚内壁，在70-90℃下低温烘干1小时后进行二次喷涂，二次喷涂后继续在70-90℃下低温烘干5小时；低温烘干结束，将坩埚放入烧结炉内900-1000℃烧结2-3小时，烧结完成后在1小时内降至室温25℃。

实施例4：

一种多晶硅坩埚涂层，其中，氮化硅重量百分比为15％，双氧水重量百分比为10％，石蜡重量百分比为2％，聚乙烯醇重量百分比为3％，乙醇与水的混合液重量百分比为70％，乙醇与水的混合液中乙醇与水重量比为1:1。

进一步，所述的氮化硅粉末颗粒的粒径是粒径＜50nm的颗粒与粒径为50nm-1μm的颗粒的混合，其中粒径＜50nm的氮化硅粉末颗粒占30％。

进一步，所述氮化硅涂层的厚度为500μm。

进一步，一种多晶硅坩埚涂层制备方法为：称取15份氮化硅粉末、10份双氧水、2份石蜡、3份聚乙烯醇和70份乙醇与水的混合液，混合搅拌成均匀的混合液；混合液通过喷涂设备均匀喷涂于坩埚内壁，在70-90℃下低温烘干1小时后进行二次喷涂，二次喷涂后继续在70-90℃下低温烘干5小时；低温烘干结束，将坩埚放入烧结炉内900-1000℃烧结2-3小时，烧结完成后在1小时内降至室温25℃。

实施例5：

一种多晶硅坩埚涂层，其中，氮化硅重量百分比为15％，高锰酸钾重量百分比为10％，聚乙烯醇重量百分比为5％，乙醇与水的混合液重量百分比为70％，乙醇与水的混合液中乙醇与水重量比为1:4。

进一步，所述的氮化硅粉末颗粒的粒径是粒径＜50nm的颗粒与粒径为50nm-1μm的颗粒的混合，其中粒径＜50nm的氮化硅粉末颗粒占30％。

进一步，所述氮化硅涂层的厚度为500μm。

进一步，一种多晶硅坩埚涂层制备方法为：称取15份氮化硅粉末、10份高锰酸钾、5份聚乙烯醇和70份乙醇与水的混合液，混合搅拌成均匀的混合液；混合液通过喷涂设备均匀喷涂于坩埚内壁，在70-90℃下低温烘干1小时后进行二次喷涂，二次喷涂后继续在70-90℃下低温烘干5小时；低温烘干结束，将坩埚放入烧结炉内900-1000℃烧结2-3小时，烧结完成后在1小时内降至室温25℃。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。