Как влияют элементы-примеси на качество изделий из высокочистого кварца?

Основными примесными элементами в кварце являются Al, Fe, Ca, Mg, Li, Na, K, Ti, B, H. Примесные элементы оказывают большое влияние на качество высокочистых кварцевых продуктов, таких как щелочные металлы, переходные металлы, Al и P и др. Содержание элементов является ключевым показателем высокочистого кварцевого сырья. Требования к содержанию примесных элементов варьируются в зависимости от использования подготовленного кварцевого стекла, но общая тенденция заключается в том, что чем ниже, тем лучше.

(1) Элементы щелочных металлов Li, K, Na

Снижают рабочую температуру и механическую прочность кварцевого стекла и катализируют кристаллизацию кварцевого стекла при высокой температуре, что приводит к расстекловыванию и высокотемпературной деформации кварцевого стекла. Снижение содержания щелочных металлов полезно для повышения температуры размягчения кварцевого тигля высокой чистоты, повышения сопротивления деформации кварцевого тигля и повышения выхода монокристаллов.

Стандартный песок IOTA требует, чтобы сумма элементов щелочных металлов составляла 2,4×10-6, а кварц высокой чистоты, необходимый для технологических труб, обработки кремниевых пластин, кварцевых блоков и полупроводниковых тиглей для монокристаллического кремния, требует суммы <1,4× 10-6, для тигля типа CZ требуется его сумма <0,5 × 10-6, а для кварцевого песка сверхвысокой чистоты для кремниевых пластин размером 12 дюймов и более требуется его сумма <0,08 × 10-6.

(2) Элементы из переходных металлов Cr, Cu, Fe

Кварцевое стекло образует цветовые пятна или вызывает обесцвечивание кварцевого стекла при высокой температуре, что влияет на коэффициент пропускания света и снижает надежность и стабильность прибора. При использовании оптических волокон это вызовет микроскопическую неравномерность, увеличит потери в волокне и даже приведет к искажению сигнала. В полупроводниковых приложениях небольшое количество переходных металлов в продукте может способствовать росту кристаллов.

(3) Ал и Р

Вхождение в решетку кварца будет производить прочные химические связи, что повлияет на проводимость кварцевых изделий и в то же время усилит эффект кристаллизации кварцевого стекла и сократит срок службы. Небольшое количество Al не повлияет на качество изделий из кварца высокой чистоты. Стандартный песок IOTA требует содержания элемента Al (12~18)×10-6, но небольшое количество Al в оптическом волокне уменьшит светопропускание кварцевого стекла. Существование элемента P серьезно повлияет на вытягивание монокристаллического кремния, поэтому кварцевый тигель высокой чистоты предъявляет высокие требования к P, а содержание элемента P должно быть менее 0,04×10-6.