随着弘扬石英宣布成功研发并量产具有完全自主知识产权的7N级（99.99999%）合成石英砂，我国已经有6家石英砂企业公开参与研究合成石英砂，合成高纯石英砂的重要性日益凸显。

高纯石英砂主要应用于单晶硅制造工艺中的石英坩埚，高端光学玻璃，半导体等领域。大致分为天然砂和合成砂两类，合成砂由于纯度更高，成分可控等优势，更适合于半导体以及更高要求的工艺制程。合成砂的生产不依赖于天然矿产，能缓解我国缺少高品质石英矿的现状，国内对于合成砂的研究还处于起步阶段。

目前高纯石英砂主要通过天然石英矿石提纯得到，产能与高品质矿源密切相关，高纯石英砂 (二氧化硅纯度＞99.998%)产业主要被拥有高品质高纯石英原料矿的海外企业垄断。据统计，美国尤尼明和挪威TQC共占据全球80%以上的4N8级纯度以上市场。市场上仅有日本三菱一家生产的合成非晶体石英砂产品，其产品纯度达到7N级别，主要用于半导体级石英坩埚和部分高端光学石英玻璃的生产。

核心优势

高纯合成石英砂的核心价值在于其无可比拟的纯净度与可控性。不同于依赖矿源品质的天然石英砂，合成砂通过化学路径彻底摆脱了地壳杂质的束缚，主流产品已达6N-7N级（99.9999%-99.99999%），金属离子总量可控制在0.1ppm以下，羟基含量低于60ppm2；紫外波段（200nm）透过率高达92%，远优于天然砂熔融玻璃的85%。

合成石英砂生产工艺

合成石英砂的生产不依赖于天然石英矿产，可通过化工工艺制备。相关资料显示，合成砂的技术路线包含气相合成法液相合成法、氟硅酸法等。石英玻璃制造也可跳过石英砂环节，直接采用CVD工艺沉积玻璃。

实际应用

半导体制造

用于光刻机透镜、刻蚀反应腔、石英舟等核心部件。以EUV光刻机为例，其光学系统要求石英玻璃的钛含量低于0.1ppb——唯有合成砂可达标。江瀚新材的6N级砂已通过国内12英寸晶圆厂认证，用于28nm以下制程。

单晶硅拉制用石英坩埚内涂层

石英坩埚是光伏单晶炉的关键部件，是拉制大直径单晶硅的消耗性器皿，主要用于盛装熔融硅并制成后续工序所需晶棒。石英坩埚生产原理是：将高纯石英粉装入可任意倾动角度的旋转成型模内，利用离心力成型，将已成坩埚形的旋转着的装置移动至电极棒处，然后将电极送电启弧，同时启动真空系统，使其快速熔化成坩埚形状的熔融石英，经冷却后取出，即完成一个石英坩埚的熔融。

拉制半导体硅单晶时，熔硅会与石英坩埚起反应作用，使石英溶入硅熔液中，同时把石英中的杂质带进硅中。同时坩埚的寿命也受到杂质影响，例如碱金属杂质含量过高会促使坩埚析晶，使坩埚失透和变形，羟基含量过高会导致坩埚鼓包等。合成石英砂纯度高于天然石英砂纯度，可用于坩埚内层接触硅液部分，有效降低单晶硅因坩埚造成的杂质引入。但同时，由于合成砂熔融和天然砂熔融所需热值和温度不同，在更换为合成砂后，需要探索合适的生产工艺。影响坩埚寿命的主要参数是坩埚内层的气泡情况。

石英玻璃

石英玻璃是应用日益广泛的高新技术材料。石英玻璃的成分为二氧化硅，具有透光性高、耐温性好、 膨胀系数低等优越的物化性质，因此被广泛应用于半导体、光伏、光学、光纤和军工等高新技术领域。完整的石英玻璃制品产业链包含高纯石英砂 — 石英玻璃材料 — 石英玻璃制品 — 下游应用领域。熔制成为石英锭后，通过切片、抛光等工序，最后对玻璃板进行检测，结果评定：熔制效果良好， 无条纹、不熔物、颗粒不均匀或色斑，透光性优良，气泡 2 级 (JC/T185-2013)。 从结果来看，合成砂可以替代天然砂进行石英玻璃的熔制，在气泡方面仍有待提高。未来结合合成砂的生产成本，以及合成砂较低杂质水平的优势，可以作为部分高端玻璃产品的原料。

总之，合成石英砂的技术前景可观，实现低成本产业化后能一定程度上解决石英砂紧缺的问题。 从技术的长期持续性看，天然砂提纯在去除铝、钛 元素方面存在瓶颈，利用合成工艺可以提高石英玻璃产业的质量水平，探索更尖端、更精密的应用。

来源：弘璨石英产业大会