中國粉體網(wǎng)訊  石英中主要的雜質(zhì)元素有 Al、Fe,、Cr,、Cu、Ca,、Mg,、Li、Na,、K,、Ti、P,、B,、H、O,、N等,。按照元素種類可分為堿金屬、過渡金屬,、非金屬,、Al，B及P等元素,，其含量是高純石英原料的關(guān)鍵指標,。不過,，不同的雜質(zhì)元素對高純石英產(chǎn)品質(zhì)量的影響不同,，但總的趨勢是越低越好。

堿金屬元素

堿金屬元素Li,、K,、Na能降低石英玻璃的使用溫度和機械強度，在高溫下對石英玻璃的析晶起催化作用,，導致石英玻璃出現(xiàn)失透,、高溫變形等現(xiàn)象,；降低堿金屬元素的含量有利于提高高純石英坩堝的軟化點，增強石英坩堝的抗變形性,，提高單晶的成品率,。

IOTA標準砂要求堿金屬元素總和低于2.4x10-6，用于工藝管,、硅片處理,、石英塊、提單晶硅用的半導體坩堝所需高純石英要求其總和<1.4x10-6,，CZ型坩堝要求其總和<0.5x10-6,，而用于12英寸或更大尺寸硅片所需超高純石英砂要求其總和<0.08x10-6。

過渡金屬元素

過渡金屬元素 Cr,、Cu,、Fe可以使石英玻璃產(chǎn)生色斑或引起石英玻璃的高溫變色，影響光透過率,，降低儀器的可靠性和穩(wěn)定性能,，在光纖應(yīng)用中，會引起微觀不均勻,、增加光纖損耗,，甚至導致信號失真，但在半導體應(yīng)用中,，產(chǎn)品中微小含量的過渡金屬元素可以促進結(jié)晶生長,。

Al、P,、B

Al進入石英晶格,，會產(chǎn)生較強的化學鍵，影響石英制品的導電性,，同時,，增強了石英玻璃的析晶作用，降低了使用壽命,。少量的AI不會影響到高純石英產(chǎn)品的質(zhì)量,，IOTA標準砂要求Al元素含量(12~18)x10^-6，但光導纖維中微量的Al便會降低石英玻璃的光傳導,。

P元素的存在會嚴重影響單晶硅的拉制,，故高純石英坩堝對P要求高，要求P元素含量<0.04x10^-6,。

硼元素(B)在石英砂中的含量與石英礦的地質(zhì)有直接的關(guān)系,，B離子可以進入硅酸鹽分子的骨架，產(chǎn)生很強的化學鍵，而不是僅在含硼礦物中,。B元素的超標對單晶硅的拉制有致命的影響,，1x10^-6的B就可以使單晶硅的電阻大幅度降低。高純石英坩堝對B要求高,，要求B元素含量＜0.04×10^-6,。

非金屬元素

石英砂中的非金屬元素主要由氧(O)、氫(H),、氮(N)等元素,。氧的主體是SiO₂，其他則以H₂O,、N₂,、O₂的形式存在。SiO₂中的Si-O鍵斷裂會產(chǎn)生缺陷,，這些缺陷會與OH或者H結(jié)合形成SiH或者SiOH基團,，羥基是一種雜質(zhì)缺陷，同時又是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺陷,。

羥基對石英及石英玻璃的性能都有很大影響,，首先，羥基的存在降低了石英的化學穩(wěn)定性,。其次,，羥基使石英結(jié)構(gòu)的疏松度增加，密度減小,，結(jié)合力下降,，聲音在石英玻璃中的傳播速度也將減小。羥基還能降低石英的粘度,，低溫時羥基的存在會使粘度降低得更明顯,。此外，羥基還影響電子產(chǎn)品的純度,，降低石英的軟化溫度,，促進析出晶體，降低石英的折射率,，影響石英玻璃的光學均勻性,。

其他

用作半導體和電光源產(chǎn)業(yè)的石英玻璃，鋁,、鈉,、鉀、鈣,、鎂和重金屬元素含量要盡可能低,，否則就會影響到這些材料的耐高溫和高絕緣性能。

而用在精密光學中的石英,，則要求鐵,、鉻、鎳,、鈦等重金屬元素含量不能過高,，否則就會影響透光性。

參考資料

張海啟等：高純石英中雜質(zhì)特征及深度化學提純技術(shù)研究進展,，中國地質(zhì)科學院

鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所徐雯雯：高純石英粉制備工藝研究,，中國海洋大學

中國粉體網(wǎng)：不同雜質(zhì)元素對高純石英產(chǎn)品質(zhì)量有何影響？

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思） 

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