2′′ 3′′ 4′′ 6′′ 8′′ 12′′ سی او 2 کوارتز وافر سی او 2 کوارتز وافر MEMS دمای

مقدمه

ویفرهای کوارتز نقش ضروری در پیشرفت صنایع الکترونیک، نیمه‌رسانا و اپتیک دارند. این ویفرها در تلفن‌های هوشمند که GPS شما را هدایت می‌کنند، در ایستگاه‌های پایه با فرکانس بالا که شبکه‌های 5G را تقویت می‌کنند، و در ابزارهای تولید تراشه‌های نسل بعدی تعبیه شده‌اند و ضروری هستند. این زیرلایه‌های با خلوص بالا، نوآوری‌ها را در همه چیز از محاسبات کوانتومی گرفته تا فوتونیک پیشرفته امکان‌پذیر می‌کنند. ویفرهای کوارتز علیرغم اینکه از فراوان‌ترین مواد معدنی زمین مشتق شده‌اند، با استانداردهای فوق‌العاده‌ای از دقت و عملکرد مهندسی شده‌اند.

ویفرهای کوارتز چه هستند؟

ویفرهای کوارتز دیسک‌های نازک و دایره‌ای هستند که از کریستال کوارتز مصنوعی فوق‌العاده خالص ساخته شده‌اند. ویفرهای کوارتز که در قطرهای استاندارد از 2 تا 12 اینچ موجود هستند، معمولاً ضخامتی بین 0.5 میلی‌متر تا 6 میلی‌متر دارند. برخلاف کوارتز طبیعی که کریستال‌های منشوری نامنظم تشکیل می‌دهد، کوارتز مصنوعی تحت شرایط آزمایشگاهی با کنترل دقیق رشد می‌کند و ساختارهای کریستالی یکنواختی تولید می‌کند.

کریستالی بودن ذاتی ویفرهای کوارتز مقاومت شیمیایی، شفافیت نوری و پایداری بی‌نظیری را در برابر دمای بالا و تنش مکانیکی فراهم می‌کند. این ویژگی‌ها ویفرهای کوارتز را به یک جزء اساسی برای دستگاه‌های دقیق مورد استفاده در انتقال داده‌ها، حسگرها، محاسبات و فناوری‌های مبتنی بر لیزر تبدیل می‌کند.

مشخصات ویفر کوارتز

کاربردهای ویفرهای کوارتز

ویفرهای کوارتز به‌طور سفارشی برای پاسخگویی به کاربردهای مورد نیاز در صنایع از جمله موارد زیر مهندسی شده‌اند:

دستگاه‌های الکترونیکی و RF

• ویفرهای کوارتز هسته اصلی تشدیدگرها و نوسان‌سازهای کریستالی کوارتز هستند که سیگنال‌های ساعت را برای تلفن‌های هوشمند، واحدهای GPS، رایانه‌ها و دستگاه‌های ارتباطی بی‌سیم فراهم می‌کنند.
• انبساط حرارتی کم و ضریب Q بالای آن‌ها، ویفرهای کوارتز را برای مدارهای زمان‌بندی با پایداری بالا و فیلترهای RF عالی می‌کند.

اپتوالکترونیک و تصویربرداری

• ویفرهای کوارتز عبور UV و IR عالی را ارائه می‌دهند و آن‌ها را برای لنزهای نوری، تقسیم‌کننده‌های پرتو، پنجره‌های لیزری و آشکارسازها ایده‌آل می‌کنند.
• مقاومت آن‌ها در برابر تشعشع، امکان استفاده در فیزیک انرژی بالا و ابزارهای فضایی را فراهم می‌کند.

نیمه‌رسانا و MEMS

• ویفرهای کوارتز به عنوان زیرلایه برای مدارهای نیمه‌رسانای با فرکانس بالا، به‌ویژه در کاربردهای GaN و RF عمل می‌کنند.
• در MEMS (سیستم‌های میکرو-الکترو-مکانیکی)، ویفرهای کوارتز سیگنال‌های مکانیکی را از طریق اثر پیزوالکتریک به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند و حسگرهایی مانند ژیروسکوپ‌ها و شتاب‌سنج‌ها را فعال می‌کنند.

تولید و آزمایشگاه‌های پیشرفته

• ویفرهای کوارتز با خلوص بالا به‌طور گسترده در آزمایشگاه‌های شیمیایی، زیست‌پزشکی و فوتونیک برای سلول‌های نوری، کووت‌های UV و جابجایی نمونه در دمای بالا استفاده می‌شوند.
• سازگاری آن‌ها با محیط‌های شدید، آن‌ها را برای محفظه‌های پلاسما و ابزارهای رسوب‌گذاری مناسب می‌کند.

ویفرهای کوارتز چگونه ساخته می‌شوند

دو مسیر تولید اصلی برای ویفرهای کوارتز وجود دارد:

ویفرهای کوارتز ذوبی

ویفرهای کوارتز ذوبی با ذوب دانه‌های کوارتز طبیعی به یک شیشه آمورف ساخته می‌شوند، سپس بلوک جامد به ویفرهای نازک برش داده شده و صیقل داده می‌شود. این ویفرهای کوارتز ارائه می‌دهند:

• شفافیت UV استثنایی
• محدوده عملکرد حرارتی گسترده (>1100°C)
• مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی

آن‌ها برای تجهیزات لیتوگرافی، کوره‌های با دمای بالا و پنجره‌های نوری ایده‌آل هستند، اما به دلیل عدم وجود نظم کریستالی برای کاربردهای پیزوالکتریک مناسب نیستند.

ویفرهای کوارتز کشت‌شده

ویفرهای کوارتز کشت‌شده به‌طور مصنوعی رشد می‌کنند تا کریستال‌های بدون نقص با جهت‌گیری دقیق شبکه تولید کنند. این ویفرها برای کاربردهایی که نیاز دارند مهندسی شده‌اند:

• زاویه برش دقیق (X-، Y-، Z-، AT-cut و غیره)
• نوسان‌سازهای با فرکانس بالا و فیلترهای SAW
• قطبش‌کننده‌های نوری و دستگاه‌های MEMS پیشرفته

فرآیند تولید شامل رشد بذر در اتوکلاوها، به دنبال آن برش، جهت‌گیری، بازپخت و پرداخت است.

تامین‌کنندگان پیشرو ویفرهای کوارتز

تامین‌کنندگان جهانی متخصص در ویفرهای کوارتز با دقت بالا عبارتند از:

• Heraeus (آلمان) – کوارتز ذوبی و مصنوعی

• Shin-Etsu Quartz (ژاپن) – راه‌حل‌های ویفر با خلوص بالا

• WaferPro (ایالات متحده آمریکا) – ویفرهای کوارتز و زیرلایه‌های با قطر وسیع

• Korth Kristalle (آلمان) – ویفرهای کریستالی مصنوعی

نقش در حال تکامل ویفرهای کوارتز

ویفرهای کوارتز همچنان به عنوان اجزای ضروری در چشم‌اندازهای فناوری نوظهور تکامل می‌یابند:

• کوچک‌سازی – ویفرهای کوارتز با تلرانس‌های دقیق‌تری برای ادغام دستگاه‌های فشرده ساخته می‌شوند.

• الکترونیک با فرکانس بالاتر – طرح‌های جدید ویفرهای کوارتز به حوزه‌های mmWave و THz برای 6G و رادار وارد می‌شوند.

• حسگر نسل بعدی – از وسایل نقلیه خودران گرفته تا اینترنت اشیا صنعتی، حسگرهای مبتنی بر کوارتز حیاتی‌تر می‌شوند.

سوالات متداول در مورد ویفرهای کوارتز

1. ویفر کوارتز چیست؟

ویفر کوارتز یک دیسک نازک و مسطح است که از دی‌اکسید سیلیکون کریستالی (SiO₂) ساخته شده است که معمولاً در اندازه‌های استاندارد نیمه‌رسانا (به عنوان مثال، 2 اینچ، 3 اینچ، 4 اینچ، 6 اینچ، 8 اینچ یا 12 اینچ) تولید می‌شود. ویفر کوارتز که به دلیل خلوص بالا، پایداری حرارتی و شفافیت نوری خود شناخته می‌شود، به عنوان یک زیرلایه یا حامل در کاربردهای مختلف با دقت بالا مانند ساخت نیمه‌رسانا، دستگاه‌های MEMS، سیستم‌های نوری و فرآیندهای خلاء استفاده می‌شود.

2. تفاوت بین کوارتز و ژل سیلیکا چیست؟

کوارتز یک شکل جامد کریستالی از دی‌اکسید سیلیکون (SiO₂) است، در حالی که ژل سیلیکا یک شکل آمورف و متخلخل از SiO₂ است که معمولاً به عنوان یک ماده خشک‌کننده برای جذب رطوبت استفاده می‌شود.

• کوارتز سخت، شفاف است و در کاربردهای الکترونیکی، نوری و صنعتی استفاده می‌شود.
• ژل سیلیکا به صورت دانه‌های کوچک یا گرانول ظاهر می‌شود و در درجه اول برای کنترل رطوبت در بسته‌بندی، الکترونیک و ذخیره‌سازی استفاده می‌شود.

3. کریستال‌های کوارتز برای چه مواردی استفاده می‌شوند؟

کریستال‌های کوارتز به دلیل خواص پیزوالکتریک خود (آن‌ها تحت تنش مکانیکی بار الکتریکی تولید می‌کنند) به‌طور گسترده در الکترونیک و اپتیک استفاده می‌شوند. کاربردهای رایج عبارتند از:

• نوسان‌سازها و کنترل فرکانس (به عنوان مثال، ساعت‌های کوارتز، ساعت‌ها، میکروکنترلرها)
• اجزای نوری (به عنوان مثال، لنزها، صفحات موج، پنجره‌ها)
• تشدیدگرها و فیلترها در دستگاه‌های RF و ارتباطی
• سنسورها برای فشار، شتاب یا نیرو
• ساخت نیمه‌رسانا به عنوان زیرلایه یا پنجره فرآیند

4. چرا از کوارتز در ریزتراشه‌ها استفاده می‌شود؟

از کوارتز در کاربردهای مرتبط با ریزتراشه استفاده می‌شود زیرا ارائه می‌دهد:

• پایداری حرارتی در طول فرآیندهای با دمای بالا مانند انتشار و بازپخت
• عایق الکتریکی به دلیل خواص دی‌الکتریک آن
• مقاومت شیمیایی در برابر اسیدها و حلال‌های مورد استفاده در ساخت نیمه‌رسانا
• دقت ابعادی و انبساط حرارتی کم برای تراز لیتوگرافی قابل اعتماد
• در حالی که خود کوارتز به عنوان ماده نیمه‌رسانای فعال (مانند سیلیکون) استفاده نمی‌شود، اما نقش حیاتی پشتیبانی را در محیط ساخت ایفا می‌کند - به‌ویژه در کوره‌ها، محفظه‌ها و زیرلایه‌های ماسک نوری.

محصولات مرتبط

لوله یاقوت کبود شفاف 99.995% Al2O3 با شفافیت تحمل بالا

Through Glass Vias (TGV) برای JGS1 JGS2 Sapphire Corning Glass برای ساخت و بسته‌بندی سنسورها