单晶硅提拉用氧化硅玻璃坩埚及其制造方法_3

文档序号:9509788阅读:来源:国知局
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[0067]式(1)中,强度比R= (Ιι+?2)/Ι〇
[0068]Ιι=拉曼位移492cm1区域的峰强度
[0069] 12 =拉曼位移606cm1区域的峰强度
[0070] 1。=拉曼位移800cm1区域的峰强度
[0071] 拉曼法的测定条件可为例如波长532nm、曝光时间:20秒、求积次数:1次。根据运 些条件得到的合成氧化娃粉的拉曼光谱,在拉曼位移492cm1区域、606cm1区域、和800cm1 区域能观察到特征峰,各自区域对应于平面四元环值1)的散射峰、平面Ξ元环值2)的散射 峰及娃和氧之间的基本振动形成的散射峰。各散射峰中的峰强度为各峰中的面积。峰面积 可W通过W连接峰的上升点和下降点的线为底边对峰的电信号的时间变化进行积分来算 出。此外作为其他的方法,可将半值宽法、Ξ角形近似法、峰剪切法作为一例。
[0072]强度比R为 0. 80W上、1.0W下。强度比R例如为 0. 80、0. 85、0. 90、0. 95、1.00, 也可为在此例示的任何两个数值的范围内。在强度比R小于0. 80的情况下,合成氧化娃粉 中作为干预致密状态的结构的平面Ξ元环及平面四元环不足,不会在合成氧化娃粉中维持 高致密状态。运种合成氧化娃粉在烙化时玻璃结构的变化少,且烙化后的玻璃结构容易变 得均匀,透明层中的压缩应力和拉伸应力的应力变化容易急剧。另一方面,在强度比R大于 1. 0的情况下,因为平面Ξ元环及平面四元环的数量的增加,在合成氧化娃粉中会维持高致 密状态,因此电弧烙化时玻璃结构的变化花费时间,透明层中的压缩应力和拉伸应力的应 力变化容易变得急剧。
[0073] 采用强度比R为0. 80W上、1. 0W下的合成氧化娃粉制造的氧化娃玻璃相蜗,可在 透明层中W平缓的应力变化率残留压缩应力和拉伸应力。由此,能够制造在长时间的高溫 条件下,也不会发生断裂、内倾及压曲的氧化娃玻璃相蜗。
[0074] 合成氧化娃粉优选圆形度为0. 73W上、1. 0W下。颗粒被球形化的合成氧化娃粉, 由于颗粒和颗粒的间隙小,烙化时该间隙容易堵塞,能够防止氧化娃玻璃相蜗中残留气体 成分。在圆形度小于0. 73的情况下,由于颗粒和颗粒之间的间隙大,所W烙化时该间隙不 会被堵塞,气体成分残留在氧化娃玻璃相蜗,会提高含气泡率。
[0075]圆形度例如能够如下求出。首先,使合成氧化娃粉末分散于液体中,使该液体流入 平面伸长流动单元(cell)。将在平面伸长流动单元内移动的200个粉末颗粒,作为图像记 录于对物透镜,从该记录图像根据下述式(3)算出圆形度。可W测定2次,将其平均值作为 粉末的圆形度。此外,当颗粒为正圆时,圆形度成为1。
[0076]圆形度=43IS/L2· · · (3)
[0077]S:拍摄的记录图像在颗粒投影图中的面积
[0078]L:颗粒投影图的周长
[0079]所使用的合成氧化娃粉无需全部圆形度0. 73W上、1. 0W下,运种氧化娃颗粒的 比例优选为90%W上,更优选为95%W上,进一步优选为99%W上。
[0080]合成氧化娃粉平均粒径优选为80μmW上、160μmW下。平均粒径例如为80、85、 90、95、100、110、120、130、140、150、或160μm,也可为在此例示的任何两个数值的范围内。 在平均粒径为160μπιW下的情况下,颗粒间的空隙的尺寸小,因此,能够减小起因于气氛 气体的卷入而形成的氧化娃玻璃相蜗中的气泡尺寸。该结果,能够在电弧烙化中收缩W及 消灭气泡。但是,在平均粒径超过160μπι的情况下,由于颗粒间的空隙的尺寸大,所W起因 于气氛气体的卷入而形成的氧化娃玻璃相蜗中的气泡尺寸大,虽然在电弧烙化中进行气泡 的收缩,但不至于达到消灭气泡。在平均粒径小于80μm的情况下,因电弧烙化而会快速烙 化,因此W真空抽吸进行的脱气不充分,会残留气泡。
[0081]"平均粒径"指的是所得到的粒度分布中的求积值50 %下的粒径值50),本申请说 明书中意味着体积平均粒径。粒度分布的测定能够采用W激光为光源的激光衍射/散射式 测定法。"粒度"定义在JISZ8901 "试验用粉体及试验用粒子"的栏中。
[0082]合成氧化娃粉振实密度优选为1. 35g/cm3ymW上、1. 44g/cm3W下。振实密度例 如为1. 35、1. 38、1. 39、1. 40、1. 41、1. 42、1. 43、或1. 44g/cm3,也可为在此例示的任何两个数 值的范围内。若振实密度小于1.35g/cm3,则含气泡率上升。运认为是由于颗粒间的间隔 大,所W在烙化时内部包含气体。若振实密度超过1.44g/cm3,则W真空抽吸进行的脱气不 充分,会容易残留气泡。
[0083]振实密度可W通过分散试样并放入容器后,利用撞键来对容器施加冲击,在试样 无体积变化时的密度求出。例如,将放入试样的测定容器W加上辅助圆筒的状态设置在撞 键装置,实施600次的撞击。在进行试样的刮平之后,测定质量。再次补充试样,将保持带 着辅助圆筒的状态的测定容器设置在撞键装置中,实施100次撞击。在进行试样的刮平之 后,测定质量,反复进行操作,直至与之前质量的质量差成为0.3%W内。将试样的质量除W 测定容器的容积而成为振实密度。可W进行3次测定并采用平均值。
[0084]合成氧化娃粉比面积优选为0. 026m7gW上、0. 045mVgW下。比面积例如为 0. 026、0. 028、0. 030、0. 032、0. 034、0. 036、0. 038、0. 040、或 0. 045mVg,也可为在此例示的 任何两个数值的范围内。当比面积超过0. 〇45m7g时,存在于伤痕或断裂表面上的气体在 烙化时被取入而作为气泡残留,会使含气泡率上升。另一方面,当比面积小于0. 〇26m7g的 情况下,能够妨碍存在于氧化娃颗粒的中屯、部的气体在电弧烙化时从表面脱出。由此,在表 面存在一定程度的凹陷就能够降低含气泡率,所W是优选的。
[0085] 比面积可W用氮吸附法来求出。氮吸附法,(1)在高真空中从下方一点一点地提 高压力,同时向合成氧化娃粉附着氮气。(2)通过绘出X轴为相对压力、Y轴为氮吸附量,审U 作吸附等溫线。(3)有将相应的吸附等溫线的数据适用于各种吸附等溫式,求出比面积的方 法。作为吸附等溫式,能够举出例如亨利化enry)吸附等溫式、朗格缪尔化angmuir)吸附 等溫式、及BET吸附等溫式。
[0086]无需使所采用的合成氧化娃粉的全体比面积为0. 026m7gW上,0. 045m7gW下, 运种氧化娃颗粒的比例优选为90%W上,更优选为95%W上,进一步优选为99%W上。
[0087]本发明中所使用的上述合成氧化娃粉,例如,对合成氧化娃粉原料进行等离子体 处理后,能够Wl〇5K/minW上的冷却速度进行处理而制造。合成氧化娃粉原料可W利用基 于四氯化娃(SiCl4)的气相氧化(干燥合成法)或娃醇盐(SUOR4))的加水分解(溶胶一 凝胶法)等的化学合成的手法来制造。
[0088] 等离子体处理例如可W用等离子体反应器(例如,高频感应热等离子体产生装 置)来进行,利用运种等离子体反应器的等离子体处理,能够容易进行急加热一急冷却处 理。等离子体处理优选能够连续进行加热一冷却工序的热等离子体处理。等离子体反应器 由产生等离子体的等离子体枪和紧跟其后具备的冷却装置构成。等离子体枪具备原料供 给管和气体供给管,在其外周具备高频感应线圈。对高频感应线圈施加的频率例如为1~ 15MHz,具体而言,为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或15MHz,也可为在此例示的任何两个数值的 范围内。输出例如为90~150kW,具体而言,为90、100、110、120、130、140或150kW,也可为 在此例示的任何两个数值的范围内。供给的气体可W选择例如氣或氧。气体也可为例如氧 和氣的混合气体,该情况下的氧分压例如为10~30%,具体而言,为10、15、20、25或30%, 也可为在此例示的任何两个数值的范围内。气体供给量例如为30~15化/min,具体而言, 为 30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140 或 150L/min,也可为在此例示的任何两 个数值的范围内。通过一边供给气体一边对高频感应线圈通电,从而在等离子体枪内产生 等离子体。向产生等离子体的等离子体枪内供给合成氧化娃粉原料。原料的供给速度例如 为20~50kg/虹,具体而言,为20、23、25、28、30、35、40、45或50kg/虹,也可为在此例示的 任何两个数值的范围内。
[0089] 刚通过等离子体枪后利用冷却装置急速冷却合成氧化娃粉,从而能够制造具有所 希望的强度比R的合成氧化娃粉。冷却速度优选为l〇5K/minW上,更优选为10服/minW 上。冷却方法无特别限定,优选为气冷方式的冷却,更优选为水冷方式的冷却。特别是,在 热等离子体处理的情况下,通过在等离子体枪出口具备水冷冷却装置,能够有效率地进行 冷却。由此,能够稳定地得到反映了热历史的合成氧化娃粉。进而,能够提高原料的供给速 度和输出,并能在短时间内制造等离子体处理的合成氧化娃粉。已知氧化娃玻璃中的歪曲 的程度,取决于虚拟溫度而变化。因而,通过急剧冷却高溫状态的氧化娃玻璃,能够固定高 溫时的结构分布,因此能够控制氧化娃玻璃中的歪曲程度。
[0090] 向层叠的天然氧化娃粉及如上述而得的合成氧化娃粉电弧放电。电弧放电能够可 采用公知的方法。例如,可采用借助旋转模具法的电弧放电的玻璃烙化。
[0091] 优选在电弧放电后,还具备向模具内部导入冷却气体的工序。
[0092] 冷却气体可W从模具的真空抽吸用管导入到模具内部。由此,能够有效率地冷却 氧化娃玻璃相蜗的外表面侧,使压缩应力也残留在气泡层侧,并能防止拉伸应力残留在气 泡层侧。
[0093] 冷却气体可W使用带有净化功能的鼓风机等的压缩机进行导入。压缩机的排出气 体量,例如,在32英寸氧化娃玻璃相蜗的情况下,可为10~50mVmin,具体而言,为10、20、 30、40或50mVmin,也可为在此示出的任意2个数值的范围内。排出气体量可根据制造的氧 化娃玻璃相蜗的尺寸而变更。在排出气体量小于10m3/min的情况下,因冷却不足而拉伸应 力会残留在气泡层。在排出气体量超过50m3/min的情况下,因过度冷却而转移,W使拉伸 压力残留在内表面侧。由此,内表面侧的从压缩应力到拉伸应力的变化变得急剧,变得在压 缩应力与拉伸应力之间会产生明确的界面。导入的冷却气体无特别限
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