सेमीकंडक्टर निर्माण में क्वार्ट्ज के विभिन्न अनुप्रयोग

पहली नज़र में,क्वार्ट्ज (SiO2) सामग्रीदेखने में बिल्कुल कांच जैसा ही लगता है, लेकिन खास बात यह है कि साधारण कांच कई घटकों (जैसे क्वार्ट्ज रेत, बोरेक्स, बोरिक एसिड, बैराइट, बेरियम कार्बोनेट, चूना पत्थर, फेल्डस्पार, सोडा ऐश आदि) से बना होता है, जबकि क्वार्ट्ज में केवल SiO2, और इसकी सूक्ष्म संरचना सिलिकॉन डाइऑक्साइड टेट्राहेड्रल संरचनात्मक इकाइयों से बना एक सरल नेटवर्क है।

क्योंकि इसमें धातु की अशुद्धियों की मात्रा निहित होती हैक्वार्ट्जबहुत छोटा है और इसकी शुद्धता बहुत अधिक है, क्वार्ट्ज में स्वयं ऐसी विशेषताएं और फायदे हैं जो अन्य ग्लास नहीं दिखा सकते हैं, और इसे ग्लास सामग्री के "मुकुट" के रूप में जाना जाता है। उदाहरण के लिए, गर्मी प्रतिरोध के संदर्भ में, क्वार्ट्ज विस्फोट नहीं करेगा, भले ही इसे आग में लाल होने के बाद तुरंत पानी में डाल दिया जाए। अधिक विशिष्ट लाभ इस प्रकार हैं:

1. उच्च तापमान प्रतिरोध। क्वार्ट्ज ग्लास का नरमी बिंदु लगभग 1730℃ है, और इसे 1150℃ पर लंबे समय तक इस्तेमाल किया जा सकता है, और अधिकतम तापमान थोड़े समय के लिए 1450℃ तक पहुंच सकता है।

2. संक्षारण प्रतिरोध। हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड को छोड़कर, उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज में अन्य एसिड पदार्थों के साथ लगभग कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होती है। उच्च तापमान पर, यह सल्फ्यूरिक एसिड, नाइट्रिक एसिड, हाइड्रोक्लोरिक एसिड, एक्वा रेजिया, तटस्थ लवण, कार्बन और सल्फर से संक्षारण का विरोध कर सकता है। इसका एसिड प्रतिरोध सिरेमिक से 30 गुना और स्टेनलेस स्टील से 150 गुना है। विशेष रूप से उच्च तापमान पर इसकी रासायनिक स्थिरता किसी भी अन्य इंजीनियरिंग सामग्री से बेजोड़ है।

3. अच्छी तापीय स्थिरता। उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज में बहुत कम थर्मल विस्तार गुणांक होता है और यह भारी तापमान परिवर्तन का सामना कर सकता है। जब उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज को लगभग 1100°C तक गर्म किया जाता है, तो कमरे के तापमान के पानी में रखने पर यह फटेगा नहीं।

4. अच्छा प्रकाश संप्रेषण। उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज में पराबैंगनी से अवरक्त तक पूरे स्पेक्ट्रम में अच्छा प्रकाश संप्रेषण होता है, और दृश्य प्रकाश संप्रेषण 93% से ऊपर होता है, विशेष रूप से पराबैंगनी स्पेक्ट्रम क्षेत्र में, अधिकतम संप्रेषण 80% से अधिक तक पहुंच सकता है।

5. अच्छा विद्युत इन्सुलेशन प्रदर्शन। उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज का प्रतिरोध मान साधारण क्वार्ट्ज ग्लास के 10,000 गुना के बराबर है। यह एक उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन सामग्री है और उच्च तापमान पर भी इसमें अच्छे विद्युत गुण हैं।

इन उत्कृष्ट भौतिक और रासायनिक गुणों के लिए धन्यवाद, उच्च शुद्धता क्वार्ट्ज सामग्री का व्यापक रूप से आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी, अर्धचालक, संचार, विद्युत प्रकाश स्रोत, सौर ऊर्जा, उच्च परिशुद्धता राष्ट्रीय रक्षा माप उपकरण, प्रयोगशाला भौतिक और रासायनिक उपकरण, परमाणु ऊर्जा में उपयोग किया जाता है। नैनो-उद्योग, आदि। विशेष रूप से, तेजी से विकसित हो रहे अर्धचालक उद्योग में, सिलिकॉन वेफर्स का पैमाना बढ़ रहा है, इसलिए चिप निर्माताओं के पास विभिन्न क्वार्ट्ज घटकों की बड़ी मांग है। हालाँकि, यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान संदूषण को रोकने के लिए, उपयोग के दौरान क्वार्ट्ज सामग्री की उच्च शुद्धता सुनिश्चित की जानी चाहिए।

अर्धचालक उद्योग में,क्वार्ट्जव्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, और उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज उत्पाद वेफर उत्पादन में महत्वपूर्ण उपभोग्य वस्तुएं हैं। सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्रूसिबल, क्रिस्टल बोट और डिफ्यूजन फर्नेस कोर ट्यूब जैसे क्वार्ट्ज भागों को उच्च शुद्धता वाले क्वार्ट्ज ग्लास उत्पादों का उपयोग करना चाहिए। सेमीकंडक्टर क्षेत्र में क्वार्ट्ज भागों का मुख्य लक्ष्य बाजार अनुप्रयोग वेफर फाउंड्री में प्रसार और नक़्क़ाशी प्रक्रिया है। उन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: उच्च तापमान क्षेत्र उपकरण और निम्न तापमान क्षेत्र उपकरण। उपयोग किये जाने वाले मुख्य उपकरण इस प्रकार हैं:

1. उच्च तापमान क्षेत्र उपकरण मुख्य रूप से भट्ठी ट्यूब, कांच की नावें आदि हैं जिनका उपयोग प्रसार ऑक्सीकरण और अन्य लिंक में किया जाता है, जिन्हें उच्च तापमान वाले वातावरण में सिलिकॉन वेफर्स के साथ प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से संपर्क में रहने की आवश्यकता होती है; वे मुख्य रूप से फ़्यूज्ड क्वार्ट्ज ग्लास सामग्री खरीदी जाती हैं और थर्मल प्रसंस्करण के माध्यम से उत्पादित की जाती हैं;

2. निम्न-तापमान क्षेत्र उपकरणों में मुख्य रूप से नक़्क़ाशी प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले क्वार्ट्ज के छल्ले, साथ ही सफाई प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली फूलों की टोकरियाँ और सफाई टैंक शामिल हैं। इनका उपयोग मुख्य रूप से कम तापमान वाले वातावरण में किया जाता है। वे मुख्य रूप से गैस-परिष्कृत क्वार्ट्ज ग्लास खरीदते हैं और शीत प्रसंस्करण के माध्यम से उत्पादित होते हैं।

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