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水晶ウェーハは、エレクトロニクス、半導体、光学産業の発展に不可欠な役割を果たしています。GPSを案内するスマートフォン、5Gネットワークを動かす高周波基地局に組み込まれ、次世代マイクロチップを製造するツールに統合されている水晶ウェーハは不可欠です。これらの高純度基板は、量子コンピューティングから高度なフォトニクスまで、あらゆる分野のイノベーションを可能にします。地球上で最も豊富な鉱物の1つから派生しているにもかかわらず、水晶ウェーハは、卓越した精度と性能の基準に合わせて設計されています。
水晶ウェーハは、超高純度の合成水晶から作られた薄い円盤です。直径2〜12インチの標準サイズがあり、厚さは通常0.5mm〜6mmです。不規則なプリズム結晶を形成する天然水晶とは異なり、合成水晶は厳密に管理された実験条件下で成長し、均一な結晶構造を生成します。
水晶ウェーハに固有の結晶性は、比類のない耐薬品性、光学的透明性、高温および機械的応力下での安定性を提供します。これらの特徴により、水晶ウェーハは、データ伝送、センシング、計算、レーザーベースの技術で使用される精密デバイスの基盤コンポーネントとなっています。
| 水晶の種類 | 4 | 6 | 8 | 12 |
|---|---|---|---|---|
| サイズ | ||||
| 直径（インチ） | 4 | 6 | 8 | 12 |
| 厚さ（mm） | 0.05〜2 | 0.25〜5 | 0.3〜5 | 0.4〜5 |
| 直径公差（インチ） | ±0.1 | ±0.1 | ±0.1 | ±0.1 |
| 厚さ公差（mm） | カスタマイズ可能 | カスタマイズ可能 | カスタマイズ可能 | カスタマイズ可能 |
| 光学特性 | ||||
| 屈折率@365 nm | 1.474698 | 1.474698 | 1.474698 | 1.474698 |
| 屈折率@546.1 nm | 1.460243 | 1.460243 | 1.460243 | 1.460243 |
| 屈折率@1014 nm | 1.450423 | 1.450423 | 1.450423 | 1.450423 |
| 内部透過率（1250〜1650 nm） | >99.9% | >99.9% | >99.9% | >99.9% |
| 全透過率（1250〜1650 nm） | >92% | >92% | >92% | >92% |
| 機械加工品質 | ||||
| TTV（全厚さ変動、μm） | <3 | <3 | <3 | <3 |
| 平面度（μm） | ≤15 | ≤15 | ≤15 | ≤15 |
| 表面粗さ（nm） | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ≤1 |
| 反り（μm） | <5 | <5 | <5 | <5 |
| 物理的特性 | ||||
| 密度（g/cm³） | 2.20 | 2.20 | 2.20 | 2.20 |
| ヤング率（GPa） | 74.20 | 74.20 | 74.20 | 74.20 |
| モース硬度 | 6〜7 | 6〜7 | 6〜7 | 6〜7 |
| せん断弾性率（GPa） | 31.22 | 31.22 | 31.22 | 31.22 |
| ポアソン比 | 0.17 | 0.17 | 0.17 | 0.17 |
| 圧縮強度（GPa） | 1.13 | 1.13 | 1.13 | 1.13 |
| 引張強度（MPa） | 49 | 49 | 49 | 49 |
| 誘電率（1 MHz） | 3.75 | 3.75 | 3.75 | 3.75 |
| 熱的特性 | ||||
| 歪み点（10¹⁴.⁵ Pa・s） | 1000℃ | 1000℃ | 1000℃ | 1000℃ |
| アニーリング点（10¹³ Pa・s） | 1160℃ | 1160℃ | 1160℃ | 1160℃ |
| 軟化点（10⁷.⁶ Pa・s） | 1620℃ | 1620℃ | 1620℃ | 1620℃ |
水晶ウェーハは、以下を含む業界全体の要求の厳しい用途に対応するためにカスタム設計されています。
水晶ウェーハには、主に2つの製造ルートがあります。
溶融石英ウェーハは、天然石英顆粒を溶融して非晶質ガラスにし、その固いブロックをスライスして研磨して薄いウェーハにすることによって作られます。これらの水晶ウェーハは以下を提供します。
これらは、リソグラフィー装置、高温炉、および光学窓に最適ですが、結晶秩序がないため、圧電用途には適していません。
合成水晶ウェーハは、正確な格子配向を持つ欠陥のない結晶を生成するために合成的に成長させます。これらのウェーハは、以下を必要とする用途向けに設計されています。
製造プロセスには、オートクレーブでのシード成長、それに続くスライス、配向、アニーリング、および研磨が含まれます。
高精度水晶ウェーハを専門とするグローバルサプライヤーには、以下が含まれます。
Heraeus（ドイツ）– 溶融石英および合成石英
信越石英（日本）– 高純度ウェーハソリューション
WaferPro（米国）– 広径水晶ウェーハおよび基板
Korth Kristalle（ドイツ）– 合成結晶ウェーハ
水晶ウェーハは、新しい技術環境において不可欠なコンポーネントとして進化し続けています。
小型化– 水晶ウェーハは、コンパクトなデバイス統合のために、より厳しい公差で製造されています。
高周波エレクトロニクス– 新しい水晶ウェーハ設計は、6Gおよびレーダー用のmmWaveおよびTHzドメインに押し進んでいます。
次世代センシング– 自動運転車から産業用IoTまで、水晶ベースのセンサーはますます重要になっています。
水晶ウェーハは、結晶性二酸化ケイ素（SiO₂）から作られた薄くて平らな円盤で、通常、標準的な半導体サイズ（例：2インチ、3インチ、4インチ、6インチ、8インチ、または12インチ）で製造されています。高純度、熱安定性、および光学的透明性で知られており、水晶ウェーハは、半導体製造、MEMSデバイス、光学システム、および真空プロセスなどのさまざまな高精度用途で基板またはキャリアとして使用されます。
水晶は二酸化ケイ素（SiO₂）の結晶性固体形態であり、シリカゲルはSiO₂のアモルファスで多孔性の形態であり、一般的に水分を吸収するための乾燥剤として使用されます。
水晶は、その圧電特性（機械的応力下で電荷を生成する）により、エレクトロニクスおよび光学で広く使用されています。一般的な用途には、以下が含まれます。
水晶は、マイクロチップ関連の用途に使用されています。これは、以下を提供するためです。
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