石英玻璃

英玻璃分类

合成有羟基远紫外石英玻璃：我国将人工合成有羟基石英玻璃称为远紫外光学石英玻璃（代号JGS1，应用波段185-2000nm），以CVD化学气相沉积法将原料气态四氯化硅再氢氧焰中进行气相反应，生成无定形二氧化硅沉积于石英底板，生长取得。特点是含有大量羟基-OH 950-1400ppm。金属杂质总量小于0.2ppm，1860Å透过率高达80%，耐10^10radγ射线及其他射线粒子流辐射而不变色，除易产生条纹的缺点外，JGS1远紫外光学玻璃是很优秀的光学石英玻璃。

气炼法光学石英玻璃：国内牌号为JGS2的光学石英玻璃（应用波段250-2000nm）采用气炼法工艺，原理是利用氢氧焰将原料天然水晶熔化，在石英玻璃靶面上堆积形成。其特点是化学纯度高可用于电子、半导体工业；羟基-OH 150-400ppm，紫外透过率好，使用较为广泛，紫外及可见光领域的光学零件及透镜都可以使用。

真空电熔红外光学石英玻璃：真空电熔工艺是将水晶粉放在石墨坩埚内，采用真空电熔炉加热至1800~2000℃高温，0.1~10Pa真空下熔融生成石英玻璃，是目前光学用红外石英玻璃主要生产方法。红外光学石英玻璃（代号JGS3，应用波段260-3500nm）特点是羟基含量小（<5ppm），在2.7um处红外线波段吸收小，但由于原料熔制过程带入的金属杂质高，导致远紫外线区（＜300nm）透过率偏低。

石英玻璃的性能

电学性质：石英玻璃是一种优良的绝缘材料，在高温下仍能保持很高的介电强度和电阻，而且几乎没有损耗，200℃下透明石英玻璃介电强度32，介电损耗0.0003。

热学性质：a.耐温性：石英玻璃的耐高温性能，远远超过任何一种玻璃。T熔＝1713℃，T软＝1580℃±10℃，T退火＝1140 ℃±10℃。短时间可在1450℃高温下使用，常可在1000℃以上、不透明则在900℃使用。b.热膨胀系数：石英玻璃的膨胀系数极小，α～5×10-7℃-1，为平板玻璃的1/14，原因是石英玻璃的结构类似于方石英相（立方），没有低温变体的锯齿形特征，同时Si-O键较强。c.比热和导热系数：石英玻璃的比热和导热系数随温度的升高而增大。d.粘度：石英玻璃的粘度随羟基（-OH）和杂质含量的增加而降低，粘度大，温度范围窄。

表1. 石英玻璃的膨胀系数

表2. 透明石英玻璃不同温度的比热与石英玻璃的导热系数λ

表3. 石英玻璃在不同温度下的粘度

机械性质：石英玻璃由单组元硅氧四面体组成网络骨架，硅氧键键强很大，结构紧密，机械强度很高，为普通玻璃的2～3倍；网络中没有间隙离子填充，故密度小。原料纯度（杂质）、种类、产品气泡、羟基（-OH）含量、熔化不均匀等影响强度。透明石英玻璃密度：D＝2.20～2.21g/cm3；不透明石英玻璃密度：D＝2.02～2.18g/cm3；P抗张～60MPa；P抗弯～110MPa；P抗压～640MPa；维氏硬度700Kp/mm2；莫氏硬度6级；泊松比0.17。

光学性质：石英玻璃在紫外（吸收限低于160nm）到近红外区域内有较高的透过率；Si－O振动的谐振波长为4.45um（4450nm），截止长波透射；若有（-OH）存在，则波长在2.73 um （2730nm）和1.38 um （1380nm）处有吸收带；（-OH）与Si－O振动相互作用的吸收带为2.22 um（2220nm）。 

石英玻璃受到Χ射线和γ射线时，产生如下吸收峰：

2150 Å吸收峰：由石英玻璃本质造成的；

2950 Å吸收峰：由金属杂质铝（Al）、锗（Ge）引起的；

5500 Å吸收峰：由缺氧造成的；

电熔透明石英玻璃用Co60照射易变黑。

特种玻璃晶圆：合成石英晶圆、熔融石英晶圆（JGS1,JGS2,JGS3)高硼硅玻璃BF33、浮法玻璃钠钙玻璃

玻璃晶圆键合被广泛应用于晶圆技工完整处理后进行键合的工业位系统应用用。这一工艺线末端的键合过程必须满足一些非常具体的要求,如:工艺温度限制在450℃,以防止任何与温度相关的品圆损伤;没有过于激烈的情况,以避免金属腐蚀;由于晶圆加工到这一阶段时花费的成本很高,因此要求高的工艺良率;晶圆可在具有一定的表面粗糙度下键合,甚至可在品圆表面有金属线而形成台阶的情况下键合,这样在品圆键合形成的密封腔中,电子可在键合界面上流动而形成电连接;以及保证键合的机械强度、气密性和可靠性。最常用于键合的玻璃材料是Schott Borofloat。