半導体石英製品の応力はどのように発生するのでしょうか？

石英半導体や光学機器などのハイエンド分野の主力素材です。しかし、ストレスの存在は「時限爆弾」のようなもので、石英の物理的および化学的特性に損傷を与え、最終製品の使用効果や寿命に影響を与える可能性があります。したがって、応力の原因を徹底的に分析することは、高品質な石英製品を生産するために非常に重要です。

2.結晶の不純物と欠陥

1.結晶構造の違い

水晶には複数の結晶形があり、α-石英、β-石英、γ-石英が最も一般的です。温度などの外部条件が変化すると、石英の結晶形は格子構造の再構築を伴う可逆的な変化を起こします。この構造の再構築により原子の間隔と構成が変化し、それによって石英内に内部応力が発生します。

2.結晶の不純物と欠陥

石英中に Al や B などの不純物原子が存在すると、それらのイオン半径がホストの Si イオンや O イオンのイオン半径と異なるため、格子歪みが生じます。それらは元の格子バランスを破壊し、局所的な応力を生成する可能性があります。さらに、水晶内部の結晶欠陥によって局所的な格子歪みが生じ、その後内部応力が発生する可能性があります。

3.温度変化による熱応力

石英製品のさまざまな部分にわたる温度変化率の違いは、それに対応する熱膨張と熱収縮の程度の違いにつながります。このような差異による相互拘束の中で熱応力が発生します。たとえば、高温処理後に急冷すると、製品の表面は冷気や冷却液に触れるとすぐに冷えて収縮しますが、内部は熱をより長く保持し、収縮を最小限に抑えながら高温を保ちます。表面の収縮は内部によって妨げられ、表面には引張応力が発生し、表面によって内部には圧縮応力が発生します。

4.機械加工により発生する機械的応力

石英製品の加工には、切断、研削、研磨、レーザー切断や穴あけなどの機械加工手順が必要です。このプロセスでは、切削工具と石英表面の間の相互作用によって材料表面に塑性変形と弾性変形が生じ、それによって材料表面および内部に残留応力が残ります。また、加工中の振動や切削力の不均一などによっても応力の発生が大きくなる場合があります。

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