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一、高純石英砂，撐起產(chǎn)業(yè)一片天

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，高純石英砂堪稱制造芯片的重要戰(zhàn)略性核心原材料。芯片制造的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從硅片制造時(shí)拉制單晶硅棒的石英坩堝，到晶圓制造過(guò)程中的石英玻璃擴(kuò)散管、石英舟等石英玻璃器具，再到芯片制造環(huán)節(jié)光刻、刻蝕和薄膜沉淀所使用的光掩膜基板等，都離不開(kāi)高純石英砂的參與。其純度、包裹體含量、粒度等指標(biāo)，直接關(guān)乎芯片的性能、穩(wěn)定性和良品率。

而在光伏行業(yè)，高純石英砂同樣扮演著舉足輕重的角色。它主要用于制造直拉單晶硅所需的石英坩堝，石英坩堝作為盛裝熔融硅并制成后續(xù)工序所需晶棒的關(guān)鍵器具，是光伏產(chǎn)業(yè)不可或缺的重要支撐材料，也是硅材料生產(chǎn)的重要配套關(guān)鍵性耗材。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)石英坩堝的尺寸、純度、拉晶時(shí)間和拉晶次數(shù)等方面都提出了更高的要求，高純石英砂的品質(zhì)和供應(yīng)穩(wěn)定性，直接影響著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

但你知道嗎？在這看似完美的高純石英砂中，卻隱藏著一個(gè)可能影響其性能的關(guān)鍵因素 —— 碳含量。碳，這個(gè)看似普通的元素，在高純石英砂中卻可能引發(fā)一系列 “蝴蝶效應(yīng)”，對(duì)下游產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

二、碳雜質(zhì)，隱藏在砂中的 “破壞者”

作為制備石英坩堝的主要原料，高純石英砂的純度直接關(guān)乎石英坩堝的質(zhì)量。而碳，作為一種常見(jiàn)的雜質(zhì)，若在高純石英砂中含量過(guò)高，將會(huì)對(duì)石英坩堝在高溫等條件下的化學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至可能導(dǎo)致其在使用過(guò)程中與被熔煉物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而污染被熔煉物。

碳對(duì)石英砂主要產(chǎn)品石英坩堝質(zhì)量的影響是多維度的。在耐高溫性能方面，碳可與石英坩堝中的雜質(zhì) “聯(lián)手”，形成低熔點(diǎn)化合物，致使坩堝的耐高溫性能大打折扣，在高溫環(huán)境下更容易出現(xiàn)軟化、變形等問(wèn)題。同時(shí)，在高溫下，碳若與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳或二氧化碳?xì)怏w，會(huì)在坩堝內(nèi)部 “制造” 氣孔或缺陷，不僅降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還會(huì)加速坩堝的損壞。

從熱性能角度而言，碳的熱導(dǎo)率與二氧化硅存在差異，因此碳含量的變化會(huì)改變石英坩堝的熱導(dǎo)率等熱性能參數(shù)。這將導(dǎo)致坩堝在加熱和冷卻過(guò)程中溫度分布不均，產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力積累到一定程度，坩堝便可能出現(xiàn)裂紋，不僅縮短其使用壽命，還可能對(duì)被熔煉物質(zhì)的加熱效果和質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

若石英坩堝用于對(duì)光學(xué)性能要求較高的光學(xué)材料熔煉等領(lǐng)域，碳含量過(guò)高還會(huì)在坩堝壁上形成黑色或深色雜質(zhì)區(qū)域，影響光的透過(guò)和散射等，對(duì)后續(xù)光學(xué)材料的加工和性能產(chǎn)生不良影響。

在半導(dǎo)體制造中，芯片的生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的純凈度要求極高。若石英坩堝中的碳含量超標(biāo)，在拉晶過(guò)程中，碳雜質(zhì)可能會(huì)進(jìn)入硅晶體，影響其電學(xué)性能，導(dǎo)致芯片的性能不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)廢品。而在光伏領(lǐng)域，碳雜質(zhì)的存在可能降低光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，增加生產(chǎn)成本，影響整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

三、耶拿方案，精準(zhǔn)鎖定碳含量

面對(duì)碳含量這一關(guān)鍵挑戰(zhàn)，德國(guó)耶拿憑借其深厚的技術(shù)積累和創(chuàng)新精神，為我們帶來(lái)了可靠的解決方案。

multi N/C 3300 總碳分析儀

耶拿 multi N/C 3300 總碳分析儀，無(wú)疑是檢測(cè)領(lǐng)域的一把 “利器”。它基于燃燒法原理，能夠全自動(dòng)直接進(jìn)樣測(cè)定液體樣品中的總碳、總有機(jī)碳、總無(wú)機(jī)碳等參數(shù)，功能十分強(qiáng)大。當(dāng)搭配上 HT1300 固體模塊以及用于固體自動(dòng)進(jìn)樣的 FPG 48 固體舟自動(dòng)進(jìn)樣器時(shí)，更是如虎添翼，可實(shí)現(xiàn)固體樣品直接進(jìn)樣測(cè)試總碳含量。這一過(guò)程無(wú)需添加催化劑，也無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行繁瑣的包裹處理，方便快捷，大大提高了檢測(cè)效率。而且，其結(jié)果準(zhǔn)確可靠，為我們提供了值得信賴的數(shù)據(jù)支持。

方案的硬件組成如下圖所示：

在實(shí)際操作中，通過(guò)固體舟自動(dòng)進(jìn)樣器將計(jì)量好的石英砂連同陶瓷舟一起送入燃燒爐，進(jìn)入燃燒爐的樣品實(shí)現(xiàn)無(wú)催化劑燃燒。燃燒產(chǎn)生的氣體，經(jīng)凈化進(jìn)入主機(jī)內(nèi)的碳檢測(cè)器，最終輸出精準(zhǔn)的碳含量數(shù)據(jù)。

multi EA4000 元素分析儀

再看耶拿 multi EA4000 元素分析儀，同樣基于燃燒法原理，它可以全自動(dòng)直接進(jìn)樣測(cè)定固體樣品中總碳含量，并可拓展用于總硫及總氯參數(shù)的測(cè)定。無(wú)需添加催化劑，無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行包裹處理，操作簡(jiǎn)單方便。它主要由用于固體自動(dòng)進(jìn)樣的 FPG 48 固體舟自動(dòng)進(jìn)樣器、用于樣品燃燒消解的 EA4000 燃燒爐系統(tǒng)、用于碳含量檢測(cè)的檢測(cè)器模塊構(gòu)成。通過(guò)固體舟自動(dòng)進(jìn)樣器將樣品送入燃燒爐，實(shí)現(xiàn)無(wú)催化劑燃燒，燃燒產(chǎn)生的氣體經(jīng)凈化進(jìn)入碳檢測(cè)器，從而得出碳含量結(jié)果。

方案的硬件組成如下圖所示：

這兩款分析儀在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出色。以高純石英砂樣品測(cè)試為例，使用相應(yīng)的分析儀搭配 FPG 48 固體自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)由自動(dòng)進(jìn)樣器將樣品和陶瓷舟自動(dòng)送入燃燒爐燃燒和氣化，生成對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物，最終由相應(yīng)的檢測(cè)器檢測(cè)。在測(cè)試過(guò)程中，碳含量測(cè)試采用碳酸鈣作為標(biāo)樣，稱取不同重量的碳酸鈣繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系數(shù)良好，確保了測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。

從實(shí)際測(cè)試結(jié)果來(lái)看，耶拿的這兩款分析儀能夠精準(zhǔn)地檢測(cè)出高純石英砂中的碳含量，為生產(chǎn)企業(yè)提供了有力的質(zhì)量控制依據(jù)。在半導(dǎo)體及光伏行業(yè)，這樣的精準(zhǔn)檢測(cè)對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率具有至關(guān)重要的意義。

四、實(shí)戰(zhàn)案例，數(shù)據(jù)見(jiàn)證實(shí)力

為了讓大家更直觀地了解耶拿方案的實(shí)際效果，我們來(lái)看一下具體的實(shí)戰(zhàn)案例。

multi N/C 3300 總碳分析儀

使用耶拿 multi N/C 3300 總碳分析儀搭配 HT1300 固體模塊以及 FPG 48 固體舟自動(dòng)進(jìn)樣器的解決方案，技術(shù)人員對(duì)一批石英砂粉狀固體樣樣品進(jìn)行碳含量測(cè)試。

表 4-1 方法參數(shù)

在一次檢測(cè)中，得到的相關(guān)系數(shù)高達(dá) 0.99992，這表明標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系極佳，為后續(xù)的測(cè)試提供了可靠的基礎(chǔ)。

圖 4-1 石英砂中碳含量校準(zhǔn)曲線

測(cè)試結(jié)果如下：

表 4-2 高純石英砂樣品碳測(cè)試結(jié)果

圖 4-2 高純石英砂樣品中碳含量測(cè)試過(guò)程譜圖 

multi EA4000 元素分析儀

再看另一個(gè)使用耶拿 multi EA4000 元素分析儀的案例。采用耶拿 multi EA4000 元素分析儀搭配 FPG 48 固體舟自動(dòng)進(jìn)樣器的方案。

表 4-3 方法參數(shù)

在測(cè)試過(guò)程中，同樣以碳酸鈣為標(biāo)樣繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系數(shù)達(dá)到 0.99947 ，線性良好。

圖 4-3 石英砂中碳含量校準(zhǔn)曲線 

測(cè)試結(jié)果如下：

表 4-4 高純石英砂樣品碳測(cè)試結(jié)果

圖 4-4 高純石英砂樣品中碳含量測(cè)試過(guò)程譜圖

通過(guò)這兩個(gè)實(shí)戰(zhàn)案例可以清晰地看到，耶拿的碳含量測(cè)試解決方案在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)卓越，能夠?yàn)槠髽I(yè)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供精準(zhǔn)、可靠的數(shù)據(jù)支持，助力半導(dǎo)體及光伏行業(yè)在原材料質(zhì)量把控上做到精益求精。

五、適用之廣，行業(yè)信賴之選

德國(guó)耶拿的碳含量測(cè)試解決方案，猶如一把萬(wàn)能鑰匙，在眾多領(lǐng)域都展現(xiàn)出了強(qiáng)大的適用性和可靠性，贏得了行業(yè)的廣泛信賴。

在海關(guān)實(shí)驗(yàn)室（進(jìn)口石英砂），石英砂生產(chǎn)企業(yè)，石英坩堝生產(chǎn)企業(yè)，單晶硅生產(chǎn)企業(yè)中，高純石英砂的碳含量的控制至關(guān)重要。耶拿的解決方案能夠幫助企業(yè)精準(zhǔn)檢測(cè)碳含量。

德國(guó)耶拿的碳含量檢測(cè)解決方案，為半導(dǎo)體及光伏行業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。通過(guò)精準(zhǔn)檢測(cè)高純石英砂中的碳含量，企業(yè)能夠更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，從而在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

展望未來(lái)，隨著半導(dǎo)體和光伏行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)高純石英砂的質(zhì)量要求將越來(lái)越高。耶拿也將不斷創(chuàng)新和優(yōu)化其測(cè)試解決方案，以滿足行業(yè)日益增長(zhǎng)的需求。相信在耶拿等優(yōu)秀企業(yè)的共同努力下，半導(dǎo)體及光伏行業(yè)將迎來(lái)更加輝煌的明天，為推動(dòng)全球科技進(jìn)步和能源轉(zhuǎn)型做出更大的貢獻(xiàn)。