石英的特性

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半導體石英

石英的特性

SiO₂

石英就如同名字一般,是玻璃的一種,但是比較特別的是一般的玻璃是由許多成分所構成,而石英只含有SiO₂成分。因為石英之中所含有的金屬不純物的量非常極少,最多也僅含有10ppm(10萬分之一),最少狀態通常僅有10ppb(1億分之1)以下。因為本身的純度極高,因此石英本身擁有其他玻璃所無法呈現出的特性及優點。

石英(SiO₂)材料具有極低的熱膨脹係數、高耐溫性、高耐磨耗性、良好的化學穩定性、電絕緣性、低而穩定的延滯性、近紫(紅)外線可見光穿透性、高機械性能等。


因此高純度石英材料被廣泛應用於現代電子科技、半導體、通訊、電光源、太陽能、國防高精密量測儀器、實驗室理化儀器、核能、奈米產業等。

半導體的應用,半導體在制程中主要石英材料應用為石英爐管、石英晶舟、石英環、石英槽、視窗、制程設備等相關之石英元件。

石英加工內容包括:平面研磨,拋光,圓筒切削,切斷,槽加工,曲線加工,異形加工,超微細打眼開洞,薄膜塗層等。

石英的特性

1. 光易穿透
石英的光容易穿透之特性,不僅只有可視光從紫外線到紅外線廣泛圍的波長光都可以表現出很好的穿透性。
2. 高純度
僅由SiO₂構成,僅含有極微量的金屬不純物成分。
3. 耐熱
軟化點約1700°C,所以在1000°C程度的高溫環境也可以使用。且熱膨脹係數小,可以承受劇烈的溫度變化。
4. 不易被藥物侵蝕
化學特性極為安定,因此耐化學藥品特性極佳。

石英材料特性表
1. 材料雜質含量分析 (SiO₂ 含量:≥ 99.995%)
FeMgMnKLiCoNiCuNaBTiCaAl
1.20.40.12.00.5< 0.020.030.572.30.80.10.816
2. 光學試驗:折射率與色散值 (na = 1.45845)
類別20°CUVIR可見光
Na值1.4586 ± 4 x 10-41.5341 - 1.49421.4251 - 1.474511.4698 - 1.45413
平均色散及色散係數 / Nf-Nc=0.00674 ±3 x 10-5 / 色散係數 Y= 68.0
3. 熱試驗
熱膨脹係數溫度 °C1003005007009001100
熱膨脹係數 x 10-75.115.925.655.735.525.48
熱傳導 W/m°C溫度 °C20100200300400950
熱傳導係數1.381.471.551.671.842.68
熱能率 J/Kg°C溫度 °C20100500900
熱能率6907729641052
4. 電學試驗
電學性能介電常數 (e)20°C23°C28°C
3.73.773.81
(Tgδ)1 千赫1-1000 兆赫3 x 10-4兆赫
0.00050.00010.0004
電阻率係數
(Ω cm)
20°C400°C800°C1200°C
101610106.3 x 1061.3 x 105
5. 材料與氧化物反應關係
AIO₃MgOCaOZnOFe-OxideCuOBaOBasic-OxidePbO
> 1200°C> 950°C> 1000°C> 800°C> 950°C> 950°C> 900°C> 800°C融熔狀態
6. 機械性能
密度2.21 g/cm³耐壓強度6000N/mm²
160000psi
抗拉強度50 N/mm²扭矩力30 N/mm²
莫氏硬度5.5 - 6.5 N/mm²扭力係數3.1 x 104 N/mm²彎曲承受67 N/mm²聲速5720m x s
7. 溫度變化

應變點:1000 - 1125°C
長時間使用:1100°C以下
退火點:1180°C
短時間使用:1450°C
軟化點:1600 - 1710°C
融熔,熔化:1730°C

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