Varie applicazioni del quarzo nella produzione di semiconduttori

A prima vista,materiale al quarzo (SiO2).sembra molto simile al vetro, ma la particolarità è che il vetro normale è composto da molti componenti (come sabbia di quarzo, borace, acido borico, barite, carbonato di bario, calcare, feldspato, carbonato di sodio, ecc.), mentre il quarzo contiene solo SiO2 e la sua microstruttura sono una rete semplice composta da unità strutturali tetraedriche di biossido di silicio.

Poiché la quantità di impurità metalliche contenutequarzoè molto piccolo e la sua purezza è estremamente elevata, il quarzo stesso ha caratteristiche e vantaggi che altri vetri non possono mostrare, ed è conosciuto come la "corona" dei materiali vetrosi. Ad esempio, in termini di resistenza al calore, il quarzo non esplode anche se viene immediatamente immerso nell'acqua dopo essere stato bruciato nel fuoco. I vantaggi più specifici sono i seguenti:

1. Resistenza alle alte temperature. Il punto di rammollimento del vetro al quarzo è di circa 1730 ℃ e può essere utilizzato a lungo a 1150 ℃ e la temperatura massima può raggiungere 1450 ℃ per un breve periodo.

2. Resistenza alla corrosione. Ad eccezione dell'acido fluoridrico, il quarzo ad elevata purezza non ha quasi nessuna reazione chimica con altre sostanze acide. Alle alte temperature resiste alla corrosione dell'acido solforico, nitrico, cloridrico, dell'acqua regia, dei sali neutri, del carbonio e dello zolfo. La sua resistenza agli acidi è 30 volte quella della ceramica e 150 volte quella dell'acciaio inossidabile. Soprattutto la sua stabilità chimica alle alte temperature non ha eguali rispetto a nessun altro materiale tecnico.

3. Buona stabilità termica. Il quarzo di elevata purezza ha un coefficiente di dilatazione termica molto piccolo e può resistere a drastici sbalzi di temperatura. Quando il quarzo di elevata purezza viene riscaldato a circa 1100°C, non esplode se posto in acqua a temperatura ambiente.

4. Buona trasmissione della luce. Il quarzo di elevata purezza ha una buona trasmissione della luce nell'intero spettro dall'ultravioletto all'infrarosso e la trasmissione della luce visibile è superiore al 93%, specialmente nella regione dello spettro ultravioletto, la trasmissione massima può raggiungere oltre l'80%.

5. Buone prestazioni di isolamento elettrico. Il valore di resistenza del quarzo ad alta purezza è equivalente a 10.000 volte quello del normale vetro al quarzo. È un eccellente materiale isolante elettrico e ha buone proprietà elettriche anche a temperature elevate.

Grazie a queste eccellenti proprietà fisiche e chimiche, i materiali al quarzo di elevata purezza sono ampiamente utilizzati nella moderna tecnologia elettronica, nei semiconduttori, nelle comunicazioni, nelle fonti di luce elettrica, nell'energia solare, negli strumenti di misurazione della difesa nazionale ad alta precisione, negli strumenti fisici e chimici di laboratorio, nell'energia nucleare, nanoindustria, ecc. In particolare, nell'industria dei semiconduttori in rapido sviluppo, la scala dei wafer di silicio è aumentata, quindi i produttori di chip hanno una grande richiesta di vari componenti al quarzo. Va tuttavia notato che, per evitare contaminazioni durante il processo di lavorazione, durante l'uso deve essere garantita l'elevata purezza del materiale di quarzo.

Nel settore dei semiconduttori,quarzoè ampiamente utilizzato e i prodotti al quarzo ad elevata purezza sono importanti materiali di consumo nella produzione di wafer. Le parti in quarzo come crogioli, barchette di cristallo e tubi centrali del forno a diffusione utilizzati per produrre cristalli singoli di silicio devono utilizzare prodotti in vetro al quarzo di elevata purezza. La principale applicazione di mercato di destinazione delle parti in quarzo nel campo dei semiconduttori è il processo di diffusione e incisione nella fonderia di wafer. Possono essere suddivisi in due categorie: dispositivi di zona ad alta temperatura e dispositivi di zona a bassa temperatura. I principali dispositivi utilizzati sono i seguenti:

1. I dispositivi a zona ad alta temperatura sono principalmente tubi di forni, barchette di vetro, ecc. utilizzati nell'ossidazione per diffusione e altri collegamenti, che devono essere direttamente o indirettamente in contatto con wafer di silicio in un ambiente ad alta temperatura; si tratta principalmente di materiali vetrosi al quarzo fusi acquistati e prodotti tramite lavorazione termica;

2. I dispositivi per zone a bassa temperatura includono principalmente anelli di quarzo utilizzati nel processo di incisione, nonché cesti di fiori e vasche di pulizia utilizzate nel processo di pulizia. Sono utilizzati principalmente in ambienti a bassa temperatura. Acquistano principalmente vetro al quarzo raffinato a gas e vengono prodotti mediante lavorazione a freddo.

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