불순물 원소는 고순도 석영 제품의 품질에 큰 영향을 미치며, 알칼리 금속, 전이 금속, Al 및 B 원소의 함량은 고순도 석영 원료의 핵심 지표입니다. 제조되는 석영유리의 목적에 따라 불순물 원소의 함유량에 대한 요구사항은 다르지만, 전체적인 경향은 낮을수록 좋다.
알칼리 금속 원소
석영사의 알칼리 금속 원소는 주로 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 원소를 포함합니다. 이러한 원소는 석영에서 쉽게 확산되고 화학적으로 활성을 가지므로 비교적 쉽게 제거할 수 있습니다. 그러나 그들은 큰 해를 끼칩니다. 고온에서는 이들 원소가 플럭스(flux)로 작용하여 고온유리의 투명성 손실, 고온 변형 등 불량 현상을 일으킨다. 그들은 결정화를 촉진하고 석영 제품의 열 안정성에 영향을 미치며 석영 유리의 광학 및 열 특성에도 영향을 미쳐 반도체의 수명을 단축시킵니다. 석영 유리의 유전 계수와 유전 손실은 증가하는 반면 석영 유리의 전파 속도와 기계적 강도는 증가합니다. 석영 제품의 빛은 감소합니다.
알칼리 금속 원소의 함량을 줄이면 고순도 석영 도가니의 연화점을 높이고 변형 저항을 높이며 단결정 수율을 높이는 데 도움이 됩니다. IOTA 표준 모래에는 총 2.4개의 알칼리 금속 원소 × 10-6이 필요하며, 프로세스 튜브, 실리콘 웨이퍼 가공, 석영 블록 및 단결정 실리콘 추출에 사용되는 반도체 도가니에 필요한 총 고순도 석영은 1.4 × 10-6, CZ입니다. 도가니에는 총 0.5×10-6이 필요하며, 12인치 이상의 실리콘 웨이퍼에 사용되는 초고순도 석영사에 필요한 총량은 0.08×10-6이다.
전이금속 원소
석영사에 도핑된 전이금속 원소에는 주로 철(Fe), 아연(Zn), 구리(Cu), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 등이 포함됩니다. 이러한 원소는 석영 제품에 큰 영향을 미치며, 미량 원소는 실리콘 용융물에 용해되어 전도성을 방지할 수 있으며, 이는 기기의 예측 가능성과 신뢰성을 손상시킵니다. 석영 제품에 대한 객관적인 영향은 색 반점을 생성하거나 고온 변색을 유발하여 빛 투과율을 감소시키는 것입니다.
광섬유 응용 분야에서는 미세한 불균일성이 발생하고 섬유 손실이 증가하며 심지어 신호 왜곡이 발생할 수도 있습니다. 그러나 반도체 응용 분야에서는 제품에 전이 금속 원소의 함량이 적으면 결정 성장이 촉진될 수 있습니다.
붕소 알루미늄 원소
석영사에 함유된 붕소 원소(B)의 함량은 석영 광석의 지질학적 특성과 직접적인 관련이 있습니다. B 이온은 붕소 함유 광물에서만이 아니라 규산염 분자의 틀에 들어가서 강한 화학 결합을 생성할 수 있습니다. B 원소의 과도한 양은 단결정 실리콘의 드로잉에 치명적인 영향을 미치며, 1×10-6 B 원소는 단결정 실리콘의 저항을 크게 감소시킬 수 있습니다. 고순도 석영 도가니는 0.04 × 10-6 미만의 원소 함량으로 B에 대한 높은 요구 사항을 요구합니다.
알루미늄 원소(Al)는 석영사 속의 장석, 점토, 운모 등의 불순물 광물에 주로 존재합니다. 이는 석영 모래에서 가장 풍부한 불순물 원소이며, Al은 Si-O 사면체 골격에 들어가 실리콘을 대체하여 Al-O 구조를 형성할 수 있습니다. Al3+가 Si4+를 대체한 후, 전하 균형을 맞추기 위해 알칼리 금속 원소 또는 전이 금속 원소를 선택하여 전하를 보상합니다. Si-O 골격에 들어가는 Al은 쉽게 제거되지 않습니다. Al은 반도체에는 거의 영향을 미치지 않지만, 전기 광원에 사용되는 석영 유리에는 큰 영향을 미칩니다. AI는 특정 조건에서 석영 제품에 색상을 입힐 수 있기 때문에 분광 투과도에 영향을 미쳐 광효율에 영향을 미칩니다. IOTA 표준 모래에는 Al 원소 함량(12-18) × 10-6이 필요합니다.
비금속 요소
석영사의 비금속 원소는 주로 산소(O), 수소(H), 질소(N) 및 기타 원소로 구성됩니다. 산소의 주성분은 SiO2이고 나머지는 H2O, N2, O2의 형태로 존재합니다. SiO2에서 Si-O 결합이 파괴되면 OH 또는 H와 결합하여 SiH 또는 SiOH 그룹을 형성하는 결함이 발생합니다. 하이드록실 그룹은 불순물 결함이자 네트워크 구조 결함입니다.
수산기는 석영과 석영 유리의 특성에 중요한 영향을 미칩니다. 첫째, 수산기의 존재는 석영의 화학적 안정성을 감소시킵니다. 둘째, 수산기는 석영 구조의 다공성을 증가시키고, 밀도를 감소시키며, 결합력을 감소시키고, 석영 유리 내 소리의 전파 속도를 감소시킵니다. 수산기는 또한 석영의 점도를 감소시킬 수 있으며, 저온에서 수산기가 존재하면 점도가 더 크게 감소할 수 있습니다. 또한 수산기는 전자 제품의 순도에 영향을 미치고 석영의 연화 온도를 낮추며 결정 석출을 촉진하고 석영의 굴절률을 낮추며 석영 유리의 광학 균일성에 영향을 미칩니다.
