Благодаря своей высокой чистоте, стойкости к высоким температурам, превосходной химической стабильности и превосходным изоляционным свойствам кварц находит важное применение как в фотоэлектрической, так и в полупроводниковой энергетике. Подробнее об этом:
1. Применение в фотоэлектрической промышленности
Основой фотоэлектрической промышленности является преобразование световой энергии в электричество с помощью солнечных элементов. Кварц применяется, главным образом, в производстве кремниевых пластин:
1. Кварцевый тигель
Это важнейший компонент кварца в производстве кремниевых пластин для фотоэлектрических систем. В процессе Чохральского (метод Чохральского) кварцевые тигли используются для размещения расплавленного кремния высокой чистоты. Их высокая чистота предотвращает загрязнение кремния примесями, а их высокая термостойкость (температура плавления кварца составляет около 1710 °C) позволяет им выдерживать высокие температуры расплавленного кремния (около 1410 °C), обеспечивая чистоту и качество слитков монокристаллического кремния.
2. Кварцевые слитки и кварцевые листы
В некоторых фотоэлектрических элементах в качестве подложек или масок в процессе осаждения тонких пленок используются кварцевые листы, вырезанные из кварцевых слитков. Их плоскостность и химическая стабильность способствуют росту тонких пленок.
II. Применение в полупроводниковой промышленности
В полупроводниковой промышленности предъявляются чрезвычайно высокие требования к чистоте и эксплуатационным характеристикам материалов. Кварц является ключевым вспомогательным материалом, используемым на нескольких основных этапах производства микросхем:
1. Кварцевые лодочки (носители пластин)
Кварцевые лодочки используются для переноса и закрепления кремниевых пластин во время таких процессов, как очистка пластин, диффузия, окисление и ионная имплантация. Их высокая чистота (уровень примесей обычно ниже ppm) предотвращает загрязнение пластин, а их высокая термостойкость делает их пригодными для высокотемпературных процессов (например, при температуре 800–1200 °C в окислительных печах).
2. Кварцевые трубки и окна
◦ Кварцевые трубки являются основными компонентами высокотемпературных печей (таких как диффузионные и окислительные печи). В качестве реакционной камеры они обеспечивают чистую высокотемпературную среду для пластин.
◦ Кварцевые окна используются в оборудовании, таком как фотолитография и ионная имплантация, в качестве светопропускающего окна в вакуумной камере. Их высокое светопропускание (особенно в УФ-диапазоне) соответствует требованиям к пропусканию света, предъявляемым к источникам света для фотолитографии.
3. Кварцевые фотошаблоны (вспомогательное оборудование для фотолитографии)
В процессе фотолитографии высокоточные кварцевые фотошаблоны используются для переноса рисунков схем, которые затем переносятся на пластины с помощью УФ-излучения. Кварц требует исключительно высокой плоскостности и размерной стабильности.
4. Другие прецизионные компоненты
Такие компоненты, как кварцевые сопла (используемые для распределения газа в процессах травления или осаждения) и кварцевые держатели, должны соответствовать строгим требованиям к чистоте и коррозионной стойкости, предъявляемым к процессам производства полупроводников.
Ключевые отличия
• В фотоэлектрической промышленности требования к чистоте кварца несколько ниже, чем в полупроводниковой (чистота фотоэлектрического кварца обычно превышает 99,9%, в то время как для полупроводников требуется более 99,99%), что обеспечивает относительно более низкие затраты.
• В полупроводниковой промышленности, благодаря точности процессов производства микросхем, требования к чистоте кварца, точности размеров и качеству поверхности ещё выше, что делает его основным материалом для производства высококачественных кварцевых изделий.
Иными словами, кварц благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам стал незаменимым ключевым материалом в фотоэлектрической и полупроводниковой промышленности, обеспечивая эффективное производство кремниевых устройств.