СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ КВАРЦЕВОГО ТИГЛЯ

Изобретение относится к металлургии полупроводниковых материалов и может быть использовано, например, при получении особо чистого германия методом зонной плавки.

Для предотвращения разрушения кварцевого тигля на его внутренние стенки наносят защитное покрытие, которое позволяет повысить термическую стабильность тигля и снизить количество выделяемых в расплав примесей.

Известен способ формирования защитного покрытия на внутренней поверхности кварцевого тигля (патент РФ №2328562, опубл. 10.07.2008), включающий обработку внутренней поверхности тигля рабочим раствором, содержащим соль бария с последующей термообработкой, рабочий раствор содержит в качестве соли бария ацетат бария, концентрированную уксусную кислоту и диэтиловый эфир при массовом соотношении компонентов соответственно 1:11:18. Рабочий раствор получают, предварительно приготовив промежуточный раствор ацетата бария в уксусной кислоте, который затем смешивают с диэтиловым эфиром. Термообработку осуществляют в два этапа, на первом из которых тигель нагревают до температуры 430-470°С и выдерживают в течение 1 ч при данной температуре, а на втором этапе нагревают до температуры 630-670°С и выдерживают при данной температуре в течение 1 ч.

Недостаток данного способа состоит в сложности осуществления процесса и использования дополнительных компонентов.

Наиболее близким по сущности и достигаемому результату является способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля (патент РФ №2527790. Опубл. 10.09.2014), предусматривающий обработку внутренней поверхности тигля с последующей термообработкой. Покрытие образуется в результате взаимодействия газов Н₂, СО, H₂O при массовом соотношении компонентов соответственно 2:28:18 со стенками тигля при температуре 1150-1200°С в течение 1 часа. После чего тигель проходит термообработку при температуре 1150-1200°С в течение 1 часа в атмосфере воздуха до получения плотного покрытия.

Недостаток данного способа состоит в сложности осуществления процесса и использования дополнительных компонентов.

Задачей изобретения является упрощение процесса получения покрытия.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля с последующей термообработкой, в качестве покрытия используют GeO₂, образующийся путем пропускания через закрытый холодный тигель газообразного GeO, нагретого до 850-1000°С, после чего тигель открывают и нагревают в атмосфере воздуха до 850-1000°С, затем тигель выдерживают при тех же температурах в атмосфере воздуха до получения плотного покрытия.

При получении защитного покрытия из диоксида германия по предлагаемому способу монооксид германия (GeO) переводят в газообразное состояние при температуре 850-1000°С, который вводят в закрытый холодный кварцевый тигель. GeO конденсируется на внутренней поверхности холодного кварцевого тигля, после чего тигель открывают для проникновения внутрь воздуха и нагревают до 850-1000°С. GeO окисляется с 400°С взаимодействуя с кислородом воздуха до GeO₂:

β-GeO₂ имеет одинаковую кристаллическую структуру и близкие параметры решетки, что и α-SiO₂, образуя совместно твердый раствор. После чего тигель выдерживают при тех же температурах для закрепления покрытия из диоксида германия на внутренней поверхности кварцевого тигля.

Ниже температуры 850°С GeO возможно прохождение реакции:

в обратном направлении.

Верхний указанный интервал 1000°С связан с протеканием реакции:

в прямом направлении.

Время обработки тигля газообразным монооксидом германия зависит от требуемой толщины покрытия.

Термообработка тигля при температуре ниже 850°С снижает скорость закрепления покрытия (образованием твердого раствора) на поверхности кварцевого тигля. Термообработка тигля при температурах выше 1000°С связана с протеканием реакции (3). Термообработку ведут до получения плотного покрытия. При этом на контакте GeO₂ и кварцевого тигля образуется твердый раствор на основе GeO₂ и SiO₂. Наличие атмосферы воздуха при термообработке исключает образование GeO.

Для получения покрытия из диоксида германия по заявляемому способу использовали установку, состоящую из печи 1 с установленным в ней кварцевым тиглем 2, закрытым кварцевой крышкой 3. Печь 1 снабжена термопарой 5 и тиристорным регулятором температуры 6. Тигель предварительно продували инертным газом для удаления воздуха через алундовую трубку 4. После чего газообразный GeO при температуре 850-1000°С подавали через алундовую трубку 4 в кварцевый тигель, где проходила конденсация газообразного GeO на холодной стенке кварцевого тигля. Затем снимали кварцевую крышку 3, включали печь и нагревали ее до 850-1000°С. По достижению заданной температуры (850-1000°С) тигель выдерживали для закрепления покрытия на поверхности тигля.

Пример 1. Предварительно очищенный известным способом кварцевый тигель 2 устанавливали в печь 1 (фиг. ), закрывали крышкой 3 с вставленной в нее алундовой трубкой 4, предварительно продували аргоном, после чего через нее подавали нагретый до 850°С газообразный GeO. Затем крышку снимали включали печь и нагревали тигель до 850°С в атмосфере воздуха и проводили термообработку путем выдержки при этой температуре до получения плотного покрытия GeO₂. Толщина наносимого таким способом покрытия составляет 100-150 мкм. Получаемое покрытие имеет однородную поверхность без дефектов.

Пример 2. Аналогичным способом, как в примере 1, осуществлялся процесс нанесения покрытия диоксида германия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля, в который подавали газ GeO при температуре 1000°С. Термообработку проводят, как и в примере 1 при 1000°С. Получают пленку диоксида кремния на внутренней поверхности кварцевого тигля толщиной около 150 мкм без дефектов.

Приведенные примеры не ограничивают возможность осуществления нового способа при других температурах осаждения, но в заявляемом интервале 850-1000°С.

Новый способ позволяет получать покрытие диоксида германия толщиной до 100-150 мкм, имеющую однородную поверхность без дефектов на внутренней поверхности кварцевых тиглей. Кроме того, новый способ технологичен, прост в аппаратурном оформлении, не требует значительных затрат энергии.