石英玻璃晶圆是随着半导体、光学等领域高新技术的发展而出现的一种新型石英玻璃制品,因具有耐高温、抗腐蚀、机械性能优异、光传输效率高等特点而被应用于半导体、光学等行业的生产制造。石英玻璃晶圆应用方向包括微机电元件(MEMS)、CMOS、CCD 传感器、微波电路、物联网阵列以及各类光学、激光器件的加工制造。相比于传统的石英玻璃镜片,石英玻璃晶圆具有表面质量要求更高、尺寸更薄、加工精度更精密、表面光洁程度要求更严苛等特点。
常用规格(点击可在线购买):
JGS1 远紫外石英玻璃 | JGS2 光学石英玻璃
尺寸:4英寸圆形晶圆 | 6英寸圆形晶圆 | 8英寸圆形晶圆 | 58*58mm方形 | 85*85mm方形 | 275*275mm方形
公差:±0.1mm
光洁度:S/D 20/40
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石英玻璃分类
合成有羟基远紫外石英玻璃:我国将人工合成有羟基石英玻璃称为远紫外光学石英玻璃(代号JGS1,应用波段185-2000nm),以CVD化学气相沉积法将原料气态四氯化硅再氢氧焰中进行气相反应,生成无定形二氧化硅沉积于石英底板,生长取得。特点是含有大量羟基-OH 950-1400ppm。金属杂质总量小于0.2ppm,1860Å透过率高达80%,耐10^10radγ射线及其他射线粒子流辐射而不变色,除易产生条纹的缺点外,JGS1远紫外光学玻璃是很优秀的光学石英玻璃。
气炼法光学石英玻璃:国内牌号为JGS2的光学石英玻璃(应用波段250-2000nm)采用气炼法工艺,原理是利用氢氧焰将原料天然水晶熔化,在石英玻璃靶面上堆积形成。其特点是化学纯度高可用于电子、半导体工业;羟基-OH 150-400ppm,紫外透过率好,使用较为广泛,紫外及可见光领域的光学零件及透镜都可以使用。
真空电熔红外光学石英玻璃:真空电熔工艺是将水晶粉放在石墨坩埚内,采用真空电熔炉加热至1800~2000℃高温,0.1~10Pa真空下熔融生成石英玻璃,是目前光学用红外石英玻璃主要生产方法。红外光学石英玻璃(代号JGS3,应用波段260-3500nm)特点是羟基含量小(<5ppm),在2.7um处红外线波段吸收小,但由于原料熔制过程带入的金属杂质高,导致远紫外线区(<300nm)透过率偏低。
牌号 | 应用波段 | 工艺 | 原料 | 金属杂质 | 羟基-OH |
JGS1 | 深紫外0.185-2.5um | 合成 | 四氯化硅 | <5ppm | <1400ppm |
JGS2 | 紫外0.220-2.5um | 气炼 | 水晶 | <50ppm | <400ppm |
JGS3 | 红外0.260-3.5um | 电熔 | 水晶粉 | <500ppm | <5ppm |
石英玻璃的性能
电学性质:石英玻璃是一种优良的绝缘材料,在高温下仍能保持很高的介电强度和电阻,而且几乎没有损耗,200℃下透明石英玻璃介电强度32,介电损耗0.0003。
热学性质:a.耐温性:石英玻璃的耐高温性能,远远超过任何一种玻璃。T熔=1713℃,T软=1580℃±10℃,T退火=1140 ℃±10℃。短时间可在1450℃高温下使用,常可在1000℃以上、不透明则在900℃使用。b.热膨胀系数:石英玻璃的膨胀系数极小,α~5×10-7℃-1,为平板玻璃的1/14,原因是石英玻璃的结构类似于方石英相(立方),没有低温变体的锯齿形特征,同时Si-O键较强。c.比热和导热系数:石英玻璃的比热和导热系数随温度的升高而增大。d.粘度:石英玻璃的粘度随羟基(-OH)和杂质含量的增加而降低,粘度大,温度范围窄。
表1. 石英玻璃的膨胀系数
摄氏度 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 1000 |
a*10^-7 | 5.10 | 5.58 | 6.27 | 6.35 | 6.12 | 6.00 | 5.71 | 5.62 | 5.56 |
表2. 透明石英玻璃不同温度的比热与石英玻璃的导热系数λ
摄氏度 | 平均比热 | 摄氏度 | 导热系数λ |
100 | 0.185 | 20 | 0.00331 |
200 | 0.200 | 200 | 0.00394 |
400 | 0.233 | 400 | 0.00447 |
600 | 0.254 | 600 | 0.00484 |
800 | 0.260 | 800 | 0.00514 |
1000 | 0.264 | 1000 | 0.00547 |
1200 | 0.270 | 1200 | 0.00581 |
表3. 石英玻璃在不同温度下的粘度
摄氏度 | 1200 | 1400 | 1600 | 1800 | 2000 | 2100 |
泊 | 12.4 | 10.0 | 7.6 | 5.7 | 4.5 | 3.8 |
机械性质:石英玻璃由单组元硅氧四面体组成网络骨架,硅氧键键强很大,结构紧密,机械强度很高,为普通玻璃的2~3倍;网络中没有间隙离子填充,故密度小。原料纯度(杂质)、种类、产品气泡、羟基(-OH)含量、熔化不均匀等影响强度。透明石英玻璃密度:D=2.20~2.21g/cm3;不透明石英玻璃密度:D=2.02~2.18g/cm3;P抗张~60MPa;P抗弯~110MPa;P抗压~640MPa;维氏硬度700Kp/mm2;莫氏硬度6级;泊松比0.17。
光学性质:石英玻璃在紫外(吸收限低于160nm)到近红外区域内有较高的透过率;Si-O振动的谐振波长为4.45um(4450nm),截止长波透射;若有(-OH)存在,则波长在2.73 um (2730nm)和1.38 um (1380nm)处有吸收带;(-OH)与Si-O振动相互作用的吸收带为2.22 um(2220nm)。
石英玻璃受到Χ射线和γ射线时,产生如下吸收峰:
2150 Å吸收峰:由石英玻璃本质造成的;
2950 Å吸收峰:由金属杂质铝(Al)、锗(Ge)引起的;
5500 Å吸收峰:由缺氧造成的;
电熔透明石英玻璃用Co60照射易变黑。