中國粉體網訊 在2023全國集成電路及光伏用高純石英材料產業發展大會期間，中國粉體網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的呢？菲利華2023年報當中為何提到研發成功了先進半導體制程中的關鍵材料——“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”在熱管理場合具有獨特的優勢
據國家知識產權局2023年的公告，江蘇太平洋石英股份有限公司申請了一項名為“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”的專利。
該專利摘要顯示，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行球磨制漿，以單質硅作為染色劑，利用球磨或氣流磨對單質硅制漿或加工成粉體，按規定比例將單質硅漿或單質硅粉體加入到石英玻璃漿中，在調漿桶中混合，待均勻化后澆注到石膏模具中實施固化成型，固化后經過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、熱膨脹系數低、抗熱震性能好、耐腐蝕等特征外，還具有氣孔率低、光學吸收率高、發射率高和熱導率低等優點。在半導體和光伏硅片制程中的熱管理場合具有獨特的優勢，制備成各種部件，可防止熱量泄露，提高工藝過程環境的熱均勻性。
菲利華：“黑石英”能增加熱管理的自由度
據湖北菲利華石英玻璃股份有限公司官網產品中心介紹，黑色石英玻璃材料同時具備高純度、高光學吸收率、高發射率以及低熱導率，因此可提高工藝環境的熱均勻性，屏蔽過程中向外輻射熱量，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。
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年申請了一項名為“黑色石英玻璃及其制造方法”的專利，該專利摘要顯示，黑色石英玻璃包含SiO2為63％～65％（質量分數，下同）、TiO2為18％～24％及Al2O3為12％～17％的組成(SiO2、TiO2及Al2O3合計為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。
該技術的目的是要開發有效地遮擋紅外線、紅外線熱吸收/蓄熱性優異、且能夠制造大型部件、而且不含有導致工序污染的金屬雜質的黑色石英玻璃。例如：
1）在半導體制造工藝的熱處理工序中，加熱損失成為問題，在使用了紅外光的加熱工藝中，需要加熱對象物以外的遮擋紅外線照射的遮擋部件、用于對加熱對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）在光學分析用的石英玻璃零件中，隨著零件的微細化/薄型化的發展，以往的黑色玻璃產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”，步入充滿可能性的新世界
據賀利氏官網產品介紹，其黑石英產品(HBQ®)是一種獨特的黑色不透明石英玻璃復合材料，具有以下特性：
高光學吸收率：在從紫外線到可見光，再到中波紅外的廣泛波長范圍內，只要3毫米的厚度就能實現95%以上的吸收率。厚度僅為1毫米，吸收率就已超過80%。
高發射率：在高溫條件下，發射率值接近黑體發射器。在很寬的波長范圍內，發射率在80%到90%之間。在2.6微米和2.7微米之間，達到95%。
導熱性：盡管發射率很高，但HBQ®的導熱率卻很低，這是由材料的二氧化硅特性決定的。導熱系數低至1.5 W/mK。這提供了獨特的應用優勢，例如在存在散熱問題的半導體工藝室中，增加了熱管理的自由度。
化學純度：HBQ®中雜質的總含量小于50 ppm，因此批量純度高于99.995%。即使對于最敏感的尖端半導體應用，HBQ®也是一種合格可行的材料解決方案。HBQ®不含碳和鐵、鈦、鎢、鉻或鎳等有問題的金屬。
機械加工：與SiC或AlN等其他黑色陶瓷材料相比，HBQ®在加工時間和刀具磨損方面要更快、更經濟。這使HBQ®有機會大幅降低總成本。
化學惰性：與透明熔融石英材料類似，HBQ®對大多數化學酸和溶劑具有惰性。例如，與HCl、HNO3或Cl2、H2或O2等氣體不發生反應。在幾乎任何環境中，HBQ®都能在高達1300°C的溫度下安全可靠地使用。
HBQ®技術數據
HBQ®的應用領域：
單晶圓和多晶圓制程室的半導體應用
工藝環境的熱均勻化
阻隔某些工藝環境的輻射
加熱元件蓋、屏蔽板、基座板、仿真晶圓、晶圓支架等。
（中國粉體網編輯整理/平安）
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