中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在2023全國(guó)集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)期間，中國(guó)粉體網(wǎng)小編注意到石英股份展示了一種名為“高純黑色不透明石英材料”的產(chǎn)品。為什么要把透明漂亮的石英材料做成“黑”的呢？“黑石英”有什么用途？它又是如何制備出來(lái)的呢？菲利華2023年報(bào)當(dāng)中為何提到研發(fā)成功了先進(jìn)半導(dǎo)體制程中的關(guān)鍵材料——“黑石英”呢？
菲利華的透明石英玻璃和黑石英
石英股份：“黑石英”在熱管理場(chǎng)合具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)
據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2023年的公告，江蘇太平洋石英股份有限公司申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“高純黑色不透明石英玻璃及其制造方法和其使用的染色劑”的專(zhuān)利。
該專(zhuān)利摘要顯示，高純黑色不透明石英玻璃制造方法包括將高純石英玻璃砂進(jìn)行球磨制漿，以單質(zhì)硅作為染色劑，利用球磨或氣流磨對(duì)單質(zhì)硅制漿或加工成粉體，按規(guī)定比例將單質(zhì)硅漿或單質(zhì)硅粉體加入到石英玻璃漿中，在調(diào)漿桶中混合，待均勻化后澆注到石膏模具中實(shí)施固化成型，固化后經(jīng)過(guò)烘干和煅燒制得高純黑色不透明石英玻璃。
該高純黑色不透明石英玻璃除了具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性能好、耐腐蝕等特征外，還具有氣孔率低、光學(xué)吸收率高、發(fā)射率高和熱導(dǎo)率低等優(yōu)點(diǎn)。在半導(dǎo)體和光伏硅片制程中的熱管理場(chǎng)合具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，制備成各種部件，可防止熱量泄露，提高工藝過(guò)程環(huán)境的熱均勻性。
菲利華：“黑石英”能增加熱管理的自由度
據(jù)湖北菲利華石英玻璃股份有限公司官網(wǎng)產(chǎn)品中心介紹，黑色石英玻璃材料同時(shí)具備高純度、高光學(xué)吸收率、高發(fā)射率以及低熱導(dǎo)率，因此可提高工藝環(huán)境的熱均勻性，屏蔽過(guò)程中向外輻射熱量，從而增加熱管理的自由度。此外，較其他黑色陶瓷其加工性能更優(yōu)。
東曹石英：尖端科技需要遮光性更高的“黑石英”
東曹石英素材股份有限公司2021年申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“黑色石英玻璃及其制造方法”的專(zhuān)利，該專(zhuān)利摘要顯示，黑色石英玻璃包含SiO2為63％～65％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、TiO2為18％～24％及Al2O3為12％～17％的組成(SiO2、TiO2及Al2O3合計(jì)為100％)，制造方法包括：將SiO2粉體、TiO2粉體及Al2O3粉體混合，將混合粉體填充于模具之后，在無(wú)氧氣氛下以最高溫度170℃～1900℃使其熔融，冷卻至室溫而獲得上述黑色石英玻璃。
該技術(shù)的目的是要開(kāi)發(fā)有效地遮擋紅外線、紅外線熱吸收/蓄熱性?xún)?yōu)異、且能夠制造大型部件、而且不含有導(dǎo)致工序污染的金屬雜質(zhì)的黑色石英玻璃。例如：
1）在半導(dǎo)體制造工藝的熱處理工序中，加熱損失成為問(wèn)題，在使用了紅外光的加熱工藝中，需要加熱對(duì)象物以外的遮擋紅外線照射的遮擋部件、用于對(duì)加熱對(duì)象物高效加熱的紅外線熱吸收/蓄熱部件；
2）在光纖的連接器中，需要防止由漏光導(dǎo)致的漫反射，但伴隨于光傳輸密度的增加，要求遮光性更高的黑色石英玻璃；
3）在光學(xué)分析用的石英玻璃零件中，隨著零件的微細(xì)化/薄型化的發(fā)展，以往的黑色玻璃產(chǎn)生了遮光性不足的情況，要求遮光性更高的黑色石英玻璃。
賀利氏：借助“黑石英”，步入充滿(mǎn)可能性的新世界
據(jù)賀利氏官網(wǎng)產(chǎn)品介紹，其黑石英產(chǎn)品(HBQ®)是一種獨(dú)特的黑色不透明石英玻璃復(fù)合材料，具有以下特性：
高光學(xué)吸收率：在從紫外線到可見(jiàn)光，再到中波紅外的廣泛波長(zhǎng)范圍內(nèi)，只要3毫米的厚度就能實(shí)現(xiàn)95%以上的吸收率。厚度僅為1毫米，吸收率就已超過(guò)80%。
高發(fā)射率：在高溫條件下，發(fā)射率值接近黑體發(fā)射器。在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，發(fā)射率在80%到90%之間。在2.6微米和2.7微米之間，達(dá)到95%。
導(dǎo)熱性：盡管發(fā)射率很高，但HBQ®的導(dǎo)熱率卻很低，這是由材料的二氧化硅特性決定的。導(dǎo)熱系數(shù)低至1.5 W/mK。這提供了獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，例如在存在散熱問(wèn)題的半導(dǎo)體工藝室中，增加了熱管理的自由度。
化學(xué)純度：HBQ®中雜質(zhì)的總含量小于50 ppm，因此批量純度高于99.995%。即使對(duì)于最敏感的尖端半導(dǎo)體應(yīng)用，HBQ®也是一種合格可行的材料解決方案。HBQ®不含碳和鐵、鈦、鎢、鉻或鎳等有問(wèn)題的金屬。
機(jī)械加工：與SiC或AlN等其他黑色陶瓷材料相比，HBQ®在加工時(shí)間和刀具磨損方面要更快、更經(jīng)濟(jì)。這使HBQ®有機(jī)會(huì)大幅降低總成本。
化學(xué)惰性：與透明熔融石英材料類(lèi)似，HBQ®對(duì)大多數(shù)化學(xué)酸和溶劑具有惰性。例如，與HCl、HNO3或Cl2、H2或O2等氣體不發(fā)生反應(yīng)。在幾乎任何環(huán)境中，HBQ®都能在高達(dá)1300°C的溫度下安全可靠地使用。
HBQ®技術(shù)數(shù)據(jù)
HBQ®的應(yīng)用領(lǐng)域：
單晶圓和多晶圓制程室的半導(dǎo)體應(yīng)用
工藝環(huán)境的熱均勻化
阻隔某些工藝環(huán)境的輻射
加熱元件蓋、屏蔽板、基座板、仿真晶圓、晶圓支架等。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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