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シリカガラスとは 福井大学工学部 葛生　伸 * * シリカガラスとは何か？ シリカ　= SiO2 地殻の約 60 % 岩石の主要構成成分 シリカからなる鉱物の代表例 石英 (水晶） シリカガラス 高温で溶融 シリカガラスの特長 ? 高純度 ? 熱的安定性 ? 優れた光学特性 ? 化学的安定性 金属不純物 数10 ppb～数10 ppm ? 半導体製造関係 低熱膨張 ? フォトマスク 　　精密光学部品 ? 半導体製造関係 高耐熱性 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 シリカの結晶形の一つ。俗にシリカガラスのことを言う場合もある。 石英 Quartz Fused Quartzと同義。 石英ガラス Quartz Glass 石英粉を溶融して作ったシリカガラス。 溶融石英ガラス 溶融石英 Fused Quartz 合成シリカガラス 合成シリカガラス Synthetic Fused Silica 本来は溶融法で作られるすべてのシリカガラスを示す。合成シリカガラスのことをさす場合が多い。不透明なシリカガラスをさす場合もある。 (溶融シリカ) Fused Silica すべての種類のシリカガラスに対する総称名であるが，シリカ系ガラスの名称と紛らわしい。 シリカガラス Silica Glass すべての種類のシリカガラスに対する総称名。 シリカガラス (ガラス状シリカ) Vitreous Silica すべての非晶質シリカに対する総称名。非晶質シリカ薄膜をさす場合が多い。 非晶質シリカ アモルファスシリカ Amorphous 　　Silica 日本語名 英語名 シリカガラスの名称 シリカガラスの分類 液相 LPD 法 ゾル?ゲル法 溶融 電気溶融 ( I 型) 火炎溶融 ( II 型) 合成 気相 直接法 ( III 型) プラズマ法 ( IV 型) スート再溶融法 MCVD法 OVD法 VAD法 PCVD法 シリカガラス シリカガラスの分類製造方法?特性および主な用途 ?ガラス， プラスティック表面コーティング ?シリカガラ 　ス繊維 光ファイー 光学材料 (真空紫外～近赤外) TFT基板 フォトマスク ?光ファイ 　バー フォトマスク 光学材料 　(レンズ， 　　プリズム) 半導体製造用 　 (炉心管，　　 　　治工具， 　　洗浄槽) ?シリカガラ 　ス繊維 半導体製造 　用 　 (炉心管， 　治工具) ランプ材 用　　　途 なし なし～やや大 なし 大 やや大 小 赤外域吸収帯 2.7mm なし 低OH品のみであり あり なし あり あり 紫外域吸収帯 光学的性質 1 0..1 1 1 100 10~100 金属 (ppm) 2 1~200 5 500~1500 100~300 ~10　 OH (ppm) 不純物 電気炉 電気炉　 (He中) 高周波誘導プラズマ (O2, Ar+O2) 酸水素火炎加水分解による直接ガラス化 酸水素火炎溶融 電気炉 (真空または不活性ガス中) ガラス化 SiO2+H2SiF6,水溶液からの析出 ゾル→ゲル化→ 乾燥 スート合成 ?アークプラズマ 多孔質体合成 製造方法 合成シリカ粉末 H2SiF6, シリカゲル アルキルシリケート SiCl4 SiCl4 SiCl4 石　英 石　　英 原　　料 合成粉末溶融法 LPD法 ゾル?ゲル法 スート法 プラズマ法(IV) 直接法(III) 火炎溶融 (II) 電気溶融 　(I) 種　　　別　(型) 合　　　　　成 溶　　　　　　　融 分　　　類 石　英 トリディマイト クリストバライト 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) Si O O O O = SiO4 正四面体構造 貫井昭彦，セラミックス20, 266 (1986) 石　英 トリディマイト クリストバライト コーサイト キータイト スティショバイト (SiO6 8面体構造) シリカ結晶構造の例 貫井昭彦，耐火物 44, 497, 533, 596, 728 (1992) シリカガラスと結晶の違い SiO4正四面体構造 Si O O O O 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 (作花澄夫「ガラスの事典」作花澄夫編，朝倉書店 (1935) p.5) シリカガラスの構造 ?短距離構造 ? SiO4 正四面体構造 Si O O O O ?中距離構造 ? Si-O-Si 結合角 　　リング構造 ← 中性子線，Ｘ線回折 中性子回折による動径分布関数 M. Misawa, J. Non-Cryst. Solid