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シリカガラスとは

シリカガラスとは. 福井大学工学部 葛生　伸. シリカガラスの特長. ・ 高純度. 金属不純物 <数10 ppb ～数10 ppm. ⇒ 半導体製造関係. ・ 熱的安定性. 高耐熱性. ⇒ 半導体製造関係. ⇒ フォトマスク 　　精密光学部品. 低熱膨張. ・ 優れた光学特性. 真空紫外～近赤外まで高透過率. ⇒ 光ファイバー 　　紫外線用光学材料. ・ 化学的安定性. シリカガラスの名称. シリカガラスの分類. 電気溶融 ( I 型). 溶融. 火炎溶融 ( II 型). 直接法 ( III 型). MCVD 法.

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シリカガラスとは

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Presentation Transcript

  1. シリカガラスとは 福井大学工学部 葛生　伸

  2. シリカガラスの特長 ・ 高純度 金属不純物 <数10 ppb～数10 ppm ⇒ 半導体製造関係 ・ 熱的安定性 高耐熱性 ⇒ 半導体製造関係 ⇒ フォトマスク 　　精密光学部品 低熱膨張 ・ 優れた光学特性 真空紫外～近赤外まで高透過率 ⇒ 光ファイバー 　　紫外線用光学材料 ・ 化学的安定性

  3. シリカガラスの名称

  4. シリカガラスの分類 電気溶融 ( I 型) 溶融 火炎溶融 ( II 型) 直接法 ( III 型) MCVD法 シリカガラス OVD法 スート再溶融法 気相 VAD法 PCVD法 合成 プラズマ法 ( IV 型) ゾル・ゲル法 液相 LPD 法

  5. シリカガラスの分類製造方法・特性および主な用途シリカガラスの分類製造方法・特性および主な用途

  6. = 石　英 トリディマイト クリストバライト SiO4正四面体構造 O Si O O O シリカ結晶のポリモルフィズム （多像） 多数の結晶形態 20 種以上 計算機シミュレーションで予測されているものも含め40 種以上 代表的シリカ結晶の例 (常温で安定なもの) 貫井昭彦，セラミックス20, 266 (1986)

  7. シリカ結晶構造の例 石　英 トリディマイト クリストバライト スティショバイト (SiO6 8面体構造) コーサイト キータイト 貫井昭彦，耐火物 44, 497, 533, 596, 728 (1992)

  8. O Si O O O シリカガラスと結晶の違い 結　晶 ランダムネットワーク構造 微結晶モデルによる構造 SiO4正四面体構造 (作花澄夫「ガラスの事典」作花澄夫編，朝倉書店 (1935) p.5)

  9. O Si O O O シリカガラスの構造 ・短距離構造 ← 中性子線，Ｘ線回折 ⇒SiO4正四面体構造 ・中距離構造 ← Ｘ線回折，ラマン散乱 ⇒Si-O-Si 結合角 　　リング構造 中性子回折による動径分布関数 M. Misawa, J. Non-Cryst. Solids, 37, 85 (1980)

  10. Intensity / arb.units 200 300 400 500 600 700 Wave Number / cm -1 ラマンスペクトルと平面環状構造 D1495 cm-1 平面６員環構造 D1 D2606 cm-1 平面8員環構造 D1 ●： Ｓｉ， ○: Ｏ

  11. 点欠陥 ・常磁性欠陥 ← 電子スピン共鳴 　　 (ESR, EPR) ・反磁性欠陥 ← 光吸収 ex. ≡Si-Si≡ （163 nm [7.6 eV]) ≡Si･･･Si≡ (247 nm [5.02 eV]) D. L. Griscom, Nucl. Inst. Meth. Phys. Res, B1, 481 (1984)

  12. 常磁性欠陥の構造 R. Weeks, J. Non-Cryst. Solids, 179, 1 (1994) NBOHC パーオキシラジカル

  13. 溶融石英ガラスの粒状構造 （グラニュラリティー）

  14. シリカガラスの熱膨張 Q: 石英結晶のα→β転移点 C:石英結晶のα→β転移点 T1, ･･･, T5:トリディマイトの転移点 W. Weiss, J. Am. Ceram. Soc. 67, 213 (1984) Y. Kikuchi, H. Sudo and N. Kuzuu, J. Appl. Phys. 82, 4121 (1997)

  15. Strained Mixed Cluster Model C. H. L. Goodman, Phys. Chem. Glass, 26, 1, (1986) シリカガラス=数nmの石英，クリストバライト，トリディマイト 　　　　　　　　 が乱れた領域でつながった集合体

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