Как да изчислим чистотата на силициевия диоксид (SiO₂) в кварцовите материали

За да започнете, ще се нуждаете от доклад за GDMS (масова спектрометрия на нажежаемия разряд). Той може да се използва за предварителна оценка на теоретичната чистота на силициевия диоксид (SiO₂). Трябва обаче да се имат предвид следните основни ограничения и методи за изчисление:

---

Доклад на GDMS

1. Примерен метод за оценка на чистотата на SiO₂

(1) Метод на прякото изчисление (метод на приспадане на основния компонент)

Предположение:
Основният компонент на кварцовата тръба е SiO₂, а всички останали елементи се считат за примеси.

Формула:
Чистота на SiO₂ ≈ 100% - Σ (съдържание на всички примесни елементи)

Стъпки за изчисление:

1. Извлечете от доклада съдържанието на всички примесни елементи, различни от кислород и силиций (в ppm по тегло).
2. Съберете съдържанието на примесите, за да получите общото съдържание на примеси.
3. Извадете общия процент на примесите (ppm ÷ 10 000) от 100%.

---

(2) Действително изчисление (въз основа на данните от доклада)

Определете общото количество на откритите примеси (единица: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + други горни граници (напр. Fe <0,5, Cr <0,5...)

≈ 0,16 + 1,1 + 0,29 + 0,05 + 11 + 3,4 + 0,58 + 0,5 (Fe) + 0,5 (Cr) + 0,05 (Ni) + 0,1 (Cu) + 1 (Ca)

≈ 18,73 ppm (консервативна оценка, изчислена с помощта на горните граници)

SiO₂ Чистота:
100% - (18,73 ÷ 10,000) = 99.8127%

---

(3) Корекционни коефициенти

• Неоткрити елементи: Елементите, отбелязани като "-" в доклада (като Au, Hg и др.), могат да бъдат под границата на откриване на инструмента, но не се отчитат в общото количество примеси.
• Съдържанието на кислород не е количествено определено: В доклада кислородът е отбелязан само като "основен компонент", но в действителния SiO₂ кислородът представлява 53,2% от състава му (необходима е корекция на стехиометричното съотношение).

---

2. Оценка на чистотата Заключение

• Консервативна чистота: ≥ 99,81% (изчислено по горните граници на откритите от GDMS примеси)
• Действителната чистота може да е по-висока: Ако някои елементи са много под горните си граници (например Fe е само 0,1 ppm), чистотата може да достигне 99.9%.

---

3. Основни ограничения и съображения

(1) Ограничения на метода GDMS

• Полуколичествени данни: Например Fe <0,5 ppm може всъщност да е 0,1 ppm или 0,01 ppm, което може да повлияе значително на изчислението на чистотата.
• Липсващи светлинни елементи: GDMS има слаба способност за откриване на леки елементи като C и H, което може да доведе до подценяване на общото количество примеси (напр. хидроксил OH- не се открива).

(2) Сравнение с индустриалните стандарти

Клас на материала	Типично изискване за чистота на SiO₂	Чистота, оценена по GDMS	Отговаря на стандарта
Кварц от индустриален клас	≥99.5%	99.81%	✅ Да
Кварц от фотоволтаичен клас	≥99.9%	Близо, но несигурно	⚠ Необходима е проверка с ICP-MS
Кварц от полупроводниково качество	≥99.99%	Не е постигнато	❌ Не

---

4. Препоръки за приложение на материала

• Промишлена/обща употреба: Чистотата на 99,8% е достатъчна и може да се използва директно.
• Използване на фотоволтаици/полупроводници:
  • Използвайте ICP-MS, за да потвърдите дали критичните метални примеси (Fe, Na и др.) са наистина под 0,1 ppm.
  • Допълнете с FTIR тест за определяне на съдържанието на хидроксил (OH- < 5 ppm).

Резюме:
Този материал принадлежи към индустриалния кварц с висока степен на чистота, но не отговаря на изискванията за полупроводниково качество (4N5 или 5N).

Основание за вземане на решение:
Ако процесът на клиента е чувствителен към замърсяване с Fe/Na (например PERC соларни клетки), приоритет трябва да се даде на проверката на действителните нива на примесите.