◎馬亞夢

高純石英因其獨(dú)特的分子鏈結(jié)構(gòu)、晶格形狀和晶格變化規(guī)律，使其具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性、極低的體膨脹系數(shù)、極高的耐溫性、高絕緣耐壓能力、低而穩(wěn)定的超聲延遲性能、高于普通玻璃的機(jī)械性能、透紫外光譜性能以及透可見光及近紅外光譜性能，在半導(dǎo)體、光伏、光纖、電光源等領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。

芯片制造環(huán)節(jié)主要分為硅片制造-晶圓制造-芯片制造，各工序中使用的高純石英材料主要包括硅片制造環(huán)節(jié)拉制單晶硅棒的石英坩堝，晶圓制造環(huán)節(jié)石英玻璃擴(kuò)散管以及配套的石英法蘭、石英玻璃爐管、石英舟等石英玻璃器具，芯片制造環(huán)節(jié)光刻、刻蝕和薄膜沉淀使用的光掩膜基板等。不同的石英制品，對高純石英砂的純度、包裹體含量、粒度等要求不同，其中以拉制單晶硅的高純石英坩堝要求最為嚴(yán)格。

近年來，我國光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)處于快速變革期，光伏硅片的消費(fèi)量急劇上漲，市場對石英坩堝的需求量也隨之猛增，尤其是當(dāng)前單晶占比快速提升、光伏電池組件正處于P型到N型的轉(zhuǎn)型變革期，對石英坩堝尺寸、純度、拉晶時間和拉晶次數(shù)均提出了更高的要求，大尺寸、高純度、長壽命、多次數(shù)高純石英坩堝將是未來技術(shù)的發(fā)展方向。

主要應(yīng)用于光纖預(yù)制棒制成和光纖拉絲工藝中，光纖預(yù)制棒是決定光纖性能的原始棒體材料。石英中的羥基會擴(kuò)散到芯層內(nèi)，導(dǎo)致光纖衰減超標(biāo)；過渡金屬離子會導(dǎo)致微觀不均勻，增加光纖損耗，嚴(yán)重時會導(dǎo)致信號失真。

在透明石英玻璃管中，可用于鎢燈用透明石英玻璃管，高壓汞燈用透明石英玻璃管，金屬鹵化物燈用透明石英玻璃管和其他工業(yè)用透明石英玻璃管；在光學(xué)儀器中，可用于制造顯微光學(xué)儀器、掃描打印設(shè)備、照相機(jī)或其他機(jī)械系統(tǒng)的透鏡、棱鏡、反射鏡等；其他高附加值電光源材料，如電真空儀表等。

高品質(zhì)且穩(wěn)定的礦源供給和提純關(guān)鍵技術(shù)是制備高純石英砂的兩個必備條件。全球高純石英原料礦床主要分布于美國、挪威、加拿大、澳大利亞、俄羅斯、中國等，其中美國的 Spruce Pine礦是世界公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)石英礦床，具有規(guī)模大、流體雜質(zhì)少和礦石品質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。目前能穩(wěn)定生產(chǎn)高端高純石英的企業(yè)主要有美國矽比科（原尤尼明）、挪威TQC、中國石英股份等。近年來，在國家政策的支持下，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動下，以及下游日益旺盛的市場需求下，高純石英行業(yè)迎來了巨大的機(jī)遇，越來越多的企業(yè)、研究院所從資源、技術(shù)等方向進(jìn)入高純石英行業(yè)。隨著找礦的持續(xù)突破、關(guān)鍵技術(shù)的不斷研發(fā)，高端高純石英國產(chǎn)化有望加速，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將持續(xù)完善。

作者單位：中國地質(zhì)調(diào)查局鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所

本文原載于《中國礦業(yè)報》2024年7月30日4版

原標(biāo)題：《高純石英為什么如此珍貴？》