科普 | 什么是石英坩埚？一文带你全面了解！

什么是石英坩埚？

石英坩埚是光伏及半导体领域高纯石英砂的主要制品，主要应用于支持高温条件下连续拉晶，是用来装放多晶硅原料的消耗型石英器件。

石英坩埚具有洁净、同质、耐高温等性能。从物理热学性能上看，石英坩埚的形变点约为1100℃，软化点约为1730℃，其最高连续使用温度约为1100℃，短时间内可达到1450℃，其高纯和高耐温耐久性为硅棒单晶拉制以及单晶品质提供保障，是单晶拉制系统的关键辅料之一。

图片来源：盾源聚芯

拉晶石英坩埚具有多层复合结构，一般最内层为透明层，厚度在壁厚中占 1/3，大约3-5mm，气泡含量较低，外层则气泡含量较高，起到支持石英坩埚变形强度、保证热源均匀辐射作用。随技术进步，石英坩埚目前已发展出具有透明层、气泡透明层、外层薄气泡层这样的三层结构，同时也有在最内层涂碱金属（如 Ba）离子溶液或增加超高纯合成石英的技术，为实现提升品质或优化成本的效果。

石英坩埚产业及成本结构

石英坩埚是光伏产业链中的一部分，其上游为高纯石英砂、下游为单晶硅。上游高纯石英砂的品质在很大程度绝对石英坩埚的品质。

石英坩埚的成本构成中，高纯石英砂占72%，是主要的成本支出。

石英坩埚的分类

按应用分为：半导体（电子级）石英坩埚、光伏（太阳能级）石英坩埚

半导体石英坩埚主要用于生长半导体单晶硅，用于制造集成电路、微电子器件等；光伏石英坩埚主要用于生长光伏单晶硅，用于制造太阳能电池、光伏组件等。

按内层石英的种类分为：合成石英坩埚（SQC）、天然石英坩埚（NQC）

石英坩埚的原材料大体分为两种：一种是以天然石英为原料的石英砂，一种是高纯合成原料。合成坩埚内表面纯度更高，适用于高级别硅棒的拉制；内表面结晶化的天然石英坩埚，适应多次加料工艺，长时间使用。按形状分为：圆形石英坩埚、方形石英坩埚

方形石英坩埚用于多晶硅锭铸造环节；圆形石英坩埚则用在单晶硅棒拉制环节。

根据成型工艺分为：注塑成型石英坩埚、挤压成型石英坩埚

石英坩埚的成型方法主要有挤压成型和注塑成型两种。挤压成型是将石英粉末通过挤压机挤压成型，形成坩埚的外形和尺寸；注塑成型则是将石英粉末与有机粘结剂混合，注入模具中成型。

按外观分为：透明石英坩埚、不透明石英坩埚

最早期的石英坩埚是全部透明的，这种透明的构造容易导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的困难度，所以这种坩埚被淘汰使用。目前，市场主流的是半透明石英坩埚。半透明石英坩埚具有高纯度、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。按规格（坩埚直径）分为：D≤305mm，D＞457mm，305mm＜D≤457mm

石英坩埚工艺

石英坩埚的主要生产流程包括：配料、熔融、硼砂、切割、冷涂、干燥、检测、包装等。

1、称砂配料

按照不同石英坩埚的技术包要求，准备不同型号的石英砂，并称取相应的重量密封配送至熔融车间对应的机台备用。该工序需要保证用料准确。

2、熔融

将石英砂按照技术要求成型至旋转模具内表面，通过电弧高温熔制成坩埚毛坯。该工序是制作石英坩埚的核心工序，直接决定了石英坩埚的纯度、强度、微气泡密度水平。

3、喷砂

去除熔制后坩埚毛坯的外层浮砂。通过该工序可以去除石英坩埚外表面粘附的浮砂，防止浮砂影响坩埚的拉晶性能。

4、外观及微气泡检测

检测石英坩埚外观及透明层微气泡状态。通过该工序可以防止外观不合格的产品流出。

5、切割

切割系统通过 MES 系统提供的数据源，按照客户规格对石英坩埚毛坯进行切割。该工序主要用于保证产品满足客户对石英坩埚的高度要求。

6、尺寸检查

通过传感器自动检测石英坩埚外径、厚度、高度以及重量。通过该工序可以防止尺寸不合格产品流出。

7、洗净

通过水洗、酸洗、水洗的工艺顺序对坩埚的内外表面进行自动刻蚀清洗。该工序可以有效去除石英坩埚内外表面杂质，是保证石英坩埚纯度的重要手段。

8、干燥

对洗净后的石英坩埚进行干燥，去除水分。

9、冷涂

喷涂系统根据产品图号，调取相应的喷涂工艺，通过机器人手臂对石英坩埚内表面喷涂，制作钡涂层。该工序是涂层坩埚制作涂层的核心工序，能保证坩埚使用过程中形成均匀的析晶层，提升坩埚的长晶性能。

10、终检

坩埚出货前的检查，主要检查坩埚外观，防止不合格品流出。

11、包装

对成品石英坩埚进行自动包装，等待发货。

石英坩埚代表企业

在光伏银浆市场上，具有一定技术研发实力、产品质量优势、规模生产能力的企业，主要有欧晶科技、盾源聚芯、石英股份、天宜上佳、美晶新材、阳光硅谷、佑鑫石英、中昱绿能等。

欧晶科技

内蒙古欧晶科技股份有限公司作为自治区2022年度首家深交所主板上市的国家级高新技术企业，成立于2011年4月，位于内蒙古呼和浩特市赛罕区，公司立足于单晶硅材料产业链，主要为太阳能级单晶硅棒硅片的生产和辅助材料资源回收循环利用，提供配套产品及服务，具体包括石英坩埚产品、硅材料清洗服务、切削液处理服务。下设五家全资子公司，分别分布于天津市、无锡市、宁夏等地。

盾源聚芯

盾源聚芯是一家专注于半导体级硅材料及部件、碳化硅材料及部件的研制、开发和生产的高科技企业。公司成立于2010年7月，拥有全球领先且独有的高纯硅熔接技术，为最前沿的半导体工艺提供突破性解决方案。其主要产品包括SiFusion硅熔接制品、SiPart精密硅部件和SiMaterial先进硅材料，其中SiFusion产品市场占有率在80%以上，已在最先进的芯片制造商中得到应用。

石英股份

江苏太平洋石英股份有限公司是一家集科研、生产、销售为一体的高端石英材料深加工企业。公司始建于1992年，于2014年在上交所A股主板上市（股票名称：石英股份）。经过三十年的创新发展，公司现已成为中国石英材料行业中的标杆企业。公司在光源、光伏、光纤、光学及半导体等领域用的石英材料市场及技术位居行业前列。主导产品有高纯石英砂、石英管（棒）、大口径石英扩散管、石英筒、石英锭、石英板等及多种石英器件。天宜上佳

北京天宜上佳高新材料股份有限公司成立于2009年11月，首批科创板上市企业。在光伏新能源业务领域，天宜上佳以天力新陶、天启光峰、新熠阳及天启熠阳为主体开展相关业务，主要从事光伏碳碳热场、高端装备用碳碳复合材料制品及石英坩埚的研发、生产和销售。新熠阳拥有从事石英坩埚研制、生产十余年的专业技术团队，通过不断地自主创新及大量生产实践，形成了独特且稳定的制造工艺，主要客户同为光伏晶硅制造企业及高端装备设备企业，主要产品为光伏热场用石英坩埚。

美晶新材

浙江美晶新材料股份有限公司创建于2017年，总部设立在浙江绍兴。是国内领先的先进材料高新技术企业，多年来一直深耕于半导体和光伏石英制品材料领域。公司凭借技术创新优势，加速石英坩埚产品国产化进度。不断突破国内半导体和光伏石英制品领域面临的发展瓶颈，实现国内石英制品行业技术和规模“双领先”，为半导体和光伏行业提供全球极具竞争力的高品质材料。

阳光硅谷

阳光硅谷电子科技有限公司成立于2004年，主要生产多晶硅、单晶硅棒、多晶硅片、单晶硅片、石英坩埚等，其中石英坩埚以16-28英寸为主，是晶澳太阳能有限公司的全资子公司。

佑鑫石英

佑鑫石英成立于2004年，公司专注于太阳能级和半导体级石英坩埚的研发及制造20年,现具备两个生产基地：锦州基地主要致力于半导体级高纯石英坩埚的研发及制造，可具备年产12万只石英坩埚的能力。曲靖基地主要致力于大口径太阳能级高品质石英坩埚的研发及制造，可具备年产10万只石英坩埚的能力。

中昱绿能

中昱绿能成立于2022年12月9日，是一家专注于高新材料研发生产的科技公司。公司主要从事半导体级、太阳能级单晶硅用的石英圆坩埚、石墨热场、石墨舟、碳碳热场材料系统产品生产业务。

石英坩埚发展主要趋势

光伏行业的持续发展也带来了耗材需求量的快速增长，石英坩埚就是其中的典型代表。石英坩埚是单晶硅生产中需求数量大且价值高的耗材。近年来，我国石英坩埚技术水平快速进步，在坩埚尺寸、纯度、拉晶时间和拉晶次数等方面均取得显著进步。

根据海通国际证券预测，2025 年光伏石英坩埚需求量将从 2022 年的 59.17万只增长至 159 万只，年复合增长率达到 39.03%。

根据研究报告预测，2023-2025 年，全球光伏石英坩埚市场空间分别为 118 亿元、153 亿元及 199 亿元，年复合增长率达 29.86%。

从技术方面而言，光伏石英坩埚行业发展趋势如下：

高纯度

N 型电池取代 P 型电池，对石英坩埚技术指标要求提升生产要求上，相比 P 型硅片，N 型硅片对于控碳、含氧量和纯度要求更高，因此对石英坩埚杂质含量、微气泡含量等性能要求进一步提升。

大尺寸

大尺寸石英坩埚不仅能满足光伏硅片对尺寸的生产要求，还能有效节省硅片的生产时间，因此大尺寸化也成为石英坩埚领域未来发展的大趋势。

长寿命

光伏硅片生产厂商采购持续拉晶时间长、拉晶良率高、杂质及气泡含量低的高品质石英坩埚是降低非硅成本的重要手段之一，也是光伏石英坩埚的未来发展方向。

内容资料参考来源：欧晶科技，美晶新材、海通国际证券、粉体网等