【原创】“黑石英”的魅力，你了解多少？

中国粉体网讯  在2023全国集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会期间，中国粉体网小编注意到石英股份展示了一种名为“高纯黑色不透明石英材料”的产品。为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？它又是如何制备出来的呢？菲利华2023年报当中为何提到研发成功了先进半导体制程中的关键材料——“黑石英”呢？

菲利华的透明石英玻璃和黑石英

石英股份：“黑石英”在热管理场合具有独特的优势

据国家知识产权局2023年的公告，江苏太平洋石英股份有限公司申请了一项名为“高纯黑色不透明石英玻璃及其制造方法和其使用的染色剂”的专利。

该专利摘要显示，高纯黑色不透明石英玻璃制造方法包括将高纯石英玻璃砂进行球磨制浆，以单质硅作为染色剂，利用球磨或气流磨对单质硅制浆或加工成粉体，按规定比例将单质硅浆或单质硅粉体加入到石英玻璃浆中，在调浆桶中混合，待均匀化后浇注到石膏模具中实施固化成型，固化后经过烘干和煅烧制得高纯黑色不透明石英玻璃。

该高纯黑色不透明石英玻璃除了具有耐高温、热膨胀系数低、抗热震性能好、耐腐蚀等特征外，还具有气孔率低、光学吸收率高、发射率高和热导率低等优点。在半导体和光伏硅片制程中的热管理场合具有独特的优势，制备成各种部件，可防止热量泄露，提高工艺过程环境的热均匀性。

菲利华：“黑石英”能增加热管理的自由度

据湖北菲利华石英玻璃股份有限公司官网产品中心介绍，黑色石英玻璃材料同时具备高纯度、高光学吸收率、高发射率以及低热导率，因此可提高工艺环境的热均匀性，屏蔽过程中向外辐射热量，从而增加热管理的自由度。此外，较其他黑色陶瓷其加工性能更优。

东曹石英：尖端科技需要遮光性更高的“黑石英”

东曹石英素材股份有限公司2021年申请了一项名为“黑色石英玻璃及其制造方法”的专利，该专利摘要显示，黑色石英玻璃包含SiO2为63％～65％（质量分数，下同）、TiO2为18％～24％及Al2O3为12％～17％的组成(SiO2、TiO2及Al2O3合计为100％)，制造方法包括：将SiO2粉体、TiO2粉体及Al2O3粉体混合，将混合粉体填充于模具之后，在无氧气氛下以最高温度170℃～1900℃使其熔融，冷却至室温而获得上述黑色石英玻璃。

该技术的目的是要开发有效地遮挡红外线、红外线热吸收/蓄热性优异、且能够制造大型部件、而且不含有导致工序污染的金属杂质的黑色石英玻璃。例如：

1）在半导体制造工艺的热处理工序中，加热损失成为问题，在使用了红外光的加热工艺中，需要加热对象物以外的遮挡红外线照射的遮挡部件、用于对加热对象物高效加热的红外线热吸收/蓄热部件；

2）在光纤的连接器中，需要防止由漏光导致的漫反射，但伴随于光传输密度的增加，要求遮光性更高的黑色石英玻璃；

3）在光学分析用的石英玻璃零件中，随着零件的微细化/薄型化的发展，以往的黑色玻璃产生了遮光性不足的情况，要求遮光性更高的黑色石英玻璃。

贺利氏：借助“黑石英”，步入充满可能性的新世界

据贺利氏官网产品介绍，其黑石英产品(HBQ®)是一种独特的黑色不透明石英玻璃复合材料，具有以下特性：

高光学吸收率：在从紫外线到可见光，再到中波红外的广泛波长范围内，只要3毫米的厚度就能实现95%以上的吸收率。厚度仅为1毫米，吸收率就已超过80%。

高发射率：在高温条件下，发射率值接近黑体发射器。在很宽的波长范围内，发射率在80%到90%之间。在2.6微米和2.7微米之间，达到95%。

导热性：尽管发射率很高，但HBQ®的导热率却很低，这是由材料的二氧化硅特性决定的。导热系数低至1.5 W/mK。这提供了独特的应用优势，例如在存在散热问题的半导体工艺室中，增加了热管理的自由度。

化学纯度：HBQ®中杂质的总含量小于50 ppm，因此批量纯度高于99.995%。即使对于最敏感的尖端半导体应用，HBQ®也是一种合格可行的材料解决方案。HBQ®不含碳和铁、钛、钨、铬或镍等有问题的金属。

机械加工：与SiC或AlN等其他黑色陶瓷材料相比，HBQ®在加工时间和刀具磨损方面要更快、更经济。这使HBQ®有机会大幅降低总成本。

化学惰性：与透明熔融石英材料类似，HBQ®对大多数化学酸和溶剂具有惰性。例如，与HCl、HNO3或Cl2、H2或O2等气体不发生反应。在几乎任何环境中，HBQ®都能在高达1300°C的温度下安全可靠地使用。

HBQ®技术数据

HBQ®的应用领域：

• 单晶圆和多晶圆制程室的半导体应用
  

• 工艺环境的热均匀化
  

• 阻隔某些工艺环境的辐射
  

• 加热元件盖、屏蔽板、基座板、仿真晶圆、晶圆支架等。
  
  

（中国粉体网编辑整理/平安）

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