¿Qué efecto tienen los elementos de impureza en la calidad de los productos de cuarzo de alta pureza?
Los principales elementos de impureza en el cuarzo son Al, Fe, Ca, Mg, Li, Na, K, Ti, B, H. Los elementos de impureza tienen una gran influencia en la calidad de los productos de cuarzo de alta pureza, como los metales alcalinos, transición metales, Al y P, etc. El contenido de elementos es un indicador clave de las materias primas de cuarzo de alta pureza. Los requisitos de contenido de elementos de impurezas varían según el uso del vidrio de cuarzo preparado, pero la tendencia general es que cuanto menor sea, mejor.
(1) Elementos de metales alcalinos Li, K, Na
Reduce la temperatura de servicio y la resistencia mecánica del vidrio de cuarzo, y cataliza la cristalización del vidrio de cuarzo a alta temperatura, lo que resulta en la desvitrificación y la deformación a alta temperatura del vidrio de cuarzo. Reducir el contenido de elementos de metales alcalinos es beneficioso para aumentar el punto de reblandecimiento del crisol de cuarzo de alta pureza, mejorar la resistencia a la deformación del crisol de cuarzo y mejorar el rendimiento de los monocristales.
La arena estándar de IOTA requiere que la suma de los elementos de metal alcalino sea 2,4 × 10-6, y el cuarzo de alta pureza requerido para los tubos de proceso, el procesamiento de obleas de silicio, los bloques de cuarzo y los crisoles semiconductores para silicio monocristalino requiere la suma de <1,4 × 10-6, el crisol tipo CZ requiere una suma <0,5 × 10-6, y la arena de cuarzo de ultra alta pureza para obleas de silicio de 12 pulgadas o más grandes requiere una suma <0,08 × 10-6.
(2) Elementos de metal de transición Cr, Cu, Fe
El vidrio de cuarzo produce manchas de color o provoca una decoloración a alta temperatura del vidrio de cuarzo, lo que afecta la transmisión de luz y reduce la confiabilidad y estabilidad del instrumento. En la aplicación de fibras ópticas, causará irregularidades microscópicas, aumentará la pérdida de fibra e incluso provocará una distorsión de la señal. En aplicaciones de semiconductores, cantidades diminutas de elementos de metales de transición en el producto pueden promover el crecimiento de cristales.
(3) Al y P
Entrar en la red de cuarzo producirá fuertes enlaces químicos, lo que afectará la conductividad de los productos de cuarzo y, al mismo tiempo, mejorará el efecto de cristalización del vidrio de cuarzo y reducirá la vida útil. Una pequeña cantidad de Al no afectará la calidad de los productos de cuarzo de alta pureza. La arena estándar de IOTA requiere un contenido de elemento Al (12~18) × 10-6, pero una pequeña cantidad de Al en la fibra óptica reducirá la transmisión de luz del vidrio de cuarzo. La existencia del elemento P afectará seriamente la extracción del silicio monocristalino, por lo que el crisol de cuarzo de alta pureza tiene altos requisitos de P, y se requiere que el contenido del elemento P sea inferior a 0,04 × 10-6.