中國(guó)粉體網(wǎng)訊  石英玻璃是應(yīng)用日益廣泛的高新技術(shù)材料，具有透光性高、耐溫性好、膨脹系數(shù)低等優(yōu)越的物化性質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏、光學(xué)、光纖和軍工等高新技術(shù)領(lǐng)域。

石英玻璃上游的核心是高純石英砂，高純石英砂的產(chǎn)品純度決定其應(yīng)用領(lǐng)域。在我國(guó)實(shí)際生產(chǎn)中，高純石英砂通常按用途分為拉管料、打砣料和坩堝料三大類系列產(chǎn)品，并根據(jù)二氧化硅純度或13種痕量雜質(zhì)元素總量等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)一步分為不同等級(jí)。

拉管料

連熔石英玻璃管的生產(chǎn)是以電阻加熱，連續(xù)投料，高純石英砂在連熔爐內(nèi)不斷熔融，石英玻璃制品在下料口連續(xù)拉出。拉管料是指用于熔煉拉制各種石英玻璃管的高純石英砂。

石英玻璃管根據(jù)尺寸大小和二氧化硅純度不同，有多種產(chǎn)品規(guī)格，如大管和小管，所對(duì)應(yīng)的石英砂分別稱為大管料、小管料。石英玻璃管具有熔點(diǎn)高、抗熱震性能優(yōu)異和易于擴(kuò)縮加工等優(yōu)勢(shì)，主要用于芯片和光伏半導(dǎo)體加工處理的擴(kuò)散爐管等，在航天航空、武器裝備領(lǐng)域用來(lái)制備整流罩、雷達(dá)罩、隔熱罩、透波材料及耐高溫材料等，還用于制造鹵素?zé)舻雀鞣N光電源器件，以及高純石英提純加工等。

在電光源行業(yè)，光的透過(guò)率和使用壽命是透明石英玻璃管的主要考慮因素，過(guò)渡金屬對(duì)光的透過(guò)率影響最大，所以拉管石英砂對(duì)過(guò)渡金屬的要求高，對(duì)堿金屬和堿土的要求相對(duì)較低。羥基影響燈的壽命，生產(chǎn)過(guò)程氣氛使羥基升高，需脫羥使用。

在半導(dǎo)體行業(yè)，不管是石英管、石英砣、石英坩堝，對(duì)堿金屬、堿土金屬和Ⅲ、Ⅴ族元素雜質(zhì)的要求都是極為嚴(yán)格的，防止ppb/ppt級(jí)別的污染，基本都是以進(jìn)口料為原料。用作光纖套管的制品，等同于半導(dǎo)體行業(yè)的要求。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 597-2011半導(dǎo)體用透明石英玻璃管》中規(guī)定了半導(dǎo)體用石英玻璃管雜質(zhì)元素含量要求。

T級(jí)石英玻璃管：T級(jí)石英玻璃管的鋁、鐵、鈣、鎂、鈦、銅、鈷、錳、鎳、鋰、鈉、鉀、硼十三種雜質(zhì)元素的總含量應(yīng)不大于30.00×10-6，其中：鐵含量應(yīng)不大于1.50×10-6，鈦含量應(yīng)不大于3.00×10-6，銅含量應(yīng)不大于0.80×10-6，硼含量應(yīng)不大于0.20×10-6，鋰、鈉、鉀總含量應(yīng)不大于5.00×10-6。

D級(jí)石英玻璃管：D級(jí)石英玻璃管的鋁、鐵、鈣、鎂、鈦、銅、鈷、錳、鎳、鋰、鈉、鉀、硼十三種雜質(zhì)元素的總含量應(yīng)不大于25.00×10-6，其中：鐵含量應(yīng)不大于0.80×10-6，鈦含量應(yīng)不大于2.00×10-6，銅含量應(yīng)不大于0.50×10-6，硼含量應(yīng)不大于0.10×10-6，鋰、鈉、鉀總含量應(yīng)不大于2.50×10-6。

在光伏行業(yè)，石英玻璃管主要和6N級(jí)別的硅材料接觸，大部分情況下連續(xù)使用溫度不超1200度，所以對(duì)堿金屬、堿土金屬和羥基的要求不是特別高。

打砣料

打砣料是指用于真空電熔法和氫氧氣煉法生產(chǎn)石英砣的高純石英砂。石英砣是呈圓砣狀的透明石英玻璃原材料，具有透明度高、氣泡少、膨脹系數(shù)低、抗熱震性能優(yōu)異和可加工性等優(yōu)勢(shì)，主要用于生產(chǎn)半導(dǎo)體石英玻璃制品，包括石英舟、石英法蘭和石英鐘罩等產(chǎn)品，以及各種光學(xué)石英玻璃制品等。

用于半導(dǎo)體以外的石英砣制品對(duì)原料各項(xiàng)雜質(zhì)的要求適中，由于使用氫氧火焰生產(chǎn)，石英砣制品的羥基含量非常高，因此其對(duì)石英砂原料的羥基無(wú)要求。另外，微氣泡、大氣泡和色斑都是影響石英砣制品質(zhì)量的因素，所以其對(duì)石英砂原料的流體包裹體的要求是比較嚴(yán)格的。

坩堝料

坩堝料是指用于制備石英坩堝的高純石英砂。石英坩堝是由石英砂制成的容器，具有高純度、耐高溫、使用時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和光伏領(lǐng)域單晶硅棒的生產(chǎn)工藝中，是半導(dǎo)體硅片和光伏硅片生產(chǎn)過(guò)程中硅料熔融、晶體生長(zhǎng)環(huán)節(jié)的重要耗材。

石英坩堝主要使用電弧法生產(chǎn)，核心原材料為高純石英砂，石英砂的純度保證了坩堝不會(huì)形成太厚的析晶層，高溫強(qiáng)度保證了坩堝長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不變形塌邊，透明層品質(zhì)保證了拉晶過(guò)程的順暢、不斷線。

石英砂品質(zhì)對(duì)坩堝品質(zhì)的影響

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 1048-2018單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝》中規(guī)定了單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝的術(shù)語(yǔ)、定義和要求等。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 1048-2018單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝》

雜質(zhì)元素含量要求

在光伏行業(yè)中，光伏石英坩堝用高純石英砂主要為4N8高純石英高端產(chǎn)品。石英坩堝對(duì)石英砂原料要求是純度高、一致性好、粒度分布均勻。

光伏石英坩堝對(duì)石英砂的品質(zhì)要求

由TC447（全國(guó)工業(yè)玻璃和特種玻璃標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)）歸口，中國(guó)國(guó)檢測(cè)試控股集團(tuán)股份有限公司、中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司、中建材衢州金格蘭石英有限公司聯(lián)合起草的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃《光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝高純內(nèi)層砂》（征求意見稿）中規(guī)定了光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝內(nèi)層制造用高純石英砂各雜質(zhì)元素含量。

其中，天然砂17種雜質(zhì)元素總含量應(yīng)不大于18μg/g，鋰、鈉、鉀總和應(yīng)不大于1.5μg/g；合成砂17種雜質(zhì)元素總含量應(yīng)不大于2μg/g，鋰、鈉、鉀總和應(yīng)不大于0.5μg/g。

《光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝高純內(nèi)層砂》（征求意見稿）

各雜質(zhì)元素含量

在半導(dǎo)體行業(yè)，石英坩堝對(duì)堿金屬和過(guò)渡金屬等雜質(zhì)含量有較高要求，堿金屬雜 質(zhì)會(huì)影響石英坩堝的熱學(xué)特性，降低石英制品的耐溫性，使其熔點(diǎn)降低，高溫性能變差；過(guò)渡金屬雜質(zhì)會(huì)降低導(dǎo)電性，縮減半導(dǎo)體的使用壽命，雜質(zhì)含量高還會(huì)產(chǎn)生氣泡和色斑等缺陷，降低石英坩堝的透明度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響石英坩堝成型。

地方標(biāo)準(zhǔn)《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定了電子專用材料單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝原輔材料的標(biāo)準(zhǔn)。

地方標(biāo)準(zhǔn)《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》

石英砂雜質(zhì)元素含量

由內(nèi)蒙古歐晶科技股份有限公司、江西中昱新材料科技有限公司、錦州佑鑫石英科技有限公司為主要起草單位編制的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定了半導(dǎo)體單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝主要原輔材料的標(biāo)準(zhǔn)。

《半導(dǎo)體單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》

石英砂雜質(zhì)元素含量

參考來(lái)源：

汪靈.純凈勝瑾瑜 貴若冠上珠——解讀高純石英

彭志威.石英拉管、石英砣和石英坩堝等不同應(yīng)用對(duì)原料的要求

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 597-2011半導(dǎo)體用透明石英玻璃管》

地方標(biāo)準(zhǔn)《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》

《半導(dǎo)體單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》

《光伏單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝高純內(nèi)層砂》（征求意見稿）

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 597-2011半導(dǎo)體用透明石英玻璃管》

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 1048-2018單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝》

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