中国粉体网讯  石英中主要的杂质元素有 Al、Fe、Cr、Cu、Ca、Mg、Li、Na、K、Ti、P、B、H、O、N等。按照元素种类可分为碱金属、过渡金属、非金属、Al，B及P等元素，其含量是高纯石英原料的关键指标。不过，不同的杂质元素对高纯石英产品质量的影响不同，但总的趋势是越低越好。

碱金属元素

碱金属元素Li、K、Na能降低石英玻璃的使用温度和机械强度，在高温下对石英玻璃的析晶起催化作用，导致石英玻璃出现失透、高温变形等现象；降低碱金属元素的含量有利于提高高纯石英坩埚的软化点，增强石英坩埚的抗变形性，提高单晶的成品率。

IOTA标准砂要求碱金属元素总和低于2.4x10-6，用于工艺管、硅片处理、石英块、提单晶硅用的半导体坩埚所需高纯石英要求其总和<1.4x10-6，CZ型坩埚要求其总和<0.5x10-6，而用于12英寸或更大尺寸硅片所需超高纯石英砂要求其总和<0.08x10-6。

过渡金属元素

过渡金属元素 Cr、Cu、Fe可以使石英玻璃产生色斑或引起石英玻璃的高温变色，影响光透过率，降低仪器的可靠性和稳定性能，在光纤应用中，会引起微观不均匀、增加光纤损耗，甚至导致信号失真，但在半导体应用中，产品中微小含量的过渡金属元素可以促进结晶生长。

Al、P、B

Al进入石英晶格，会产生较强的化学键，影响石英制品的导电性，同时，增强了石英玻璃的析晶作用，降低了使用寿命。少量的AI不会影响到高纯石英产品的质量，IOTA标准砂要求Al元素含量(12~18)x10^-6，但光导纤维中微量的Al便会降低石英玻璃的光传导。

P元素的存在会严重影响单晶硅的拉制，故高纯石英坩埚对P要求高，要求P元素含量<0.04x10^-6。

硼元素(B)在石英砂中的含量与石英矿的地质有直接的关系，B离子可以进入硅酸盐分子的骨架，产生很强的化学键，而不是仅在含硼矿物中。B元素的超标对单晶硅的拉制有致命的影响，1x10^-6的B就可以使单晶硅的电阻大幅度降低。高纯石英坩埚对B要求高，要求B元素含量＜0.04×10^-6。

非金属元素

石英砂中的非金属元素主要由氧(O)、氢(H)、氮(N)等元素。氧的主体是SiO₂，其他则以H₂O、N₂、O₂的形式存在。SiO₂中的Si-O键断裂会产生缺陷，这些缺陷会与OH或者H结合形成SiH或者SiOH基团，羟基是一种杂质缺陷，同时又是一种网络结构缺陷。

羟基对石英及石英玻璃的性能都有很大影响，首先，羟基的存在降低了石英的化学稳定性。其次，羟基使石英结构的疏松度增加，密度减小，结合力下降，声音在石英玻璃中的传播速度也将减小。羟基还能降低石英的粘度，低温时羟基的存在会使粘度降低得更明显。此外，羟基还影响电子产品的纯度，降低石英的软化温度，促进析出晶体，降低石英的折射率，影响石英玻璃的光学均匀性。

其他

用作半导体和电光源产业的石英玻璃，铝、钠、钾、钙、镁和重金属元素含量要尽可能低，否则就会影响到这些材料的耐高温和高绝缘性能。

而用在精密光学中的石英，则要求铁、铬、镍、钛等重金属元素含量不能过高，否则就会影响透光性。

参考资料

张海啟等：高纯石英中杂质特征及深度化学提纯技术研究进展，中国地质科学院

郑州矿产综合利用研究所徐雯雯：高纯石英粉制备工艺研究，中国海洋大学

中国粉体网：不同杂质元素对高纯石英产品质量有何影响？

（中国粉体网编辑整理/九思） 

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