UV 熔融石英基底（简称 UVFS 或 UV 级熔融石英）是一种高纯度合成非晶二氧化硅（SiO₂）光学基底，经过专门配制，可在紫外（UV）、可见光（VIS）和近红外（NIR）光谱范围内实现高透射率。凭借出色的纯度、稳定性以及抗 UV 和激光损伤能力，它是高性能紫外光学系统、激光系统和半导体制造领域的主要光学材料。
工作原理
紫外熔融石英基片通过材料纯度、原子结构和受控成分的共同作用实现其功能：
1. 高 UV透射率
极低的金属杂质含量可消除深紫外区域的强吸收。受控浓度的羟基（OH⁻）可进一步提高从深紫外（~185 nm）到可见光及近红外区域的透射率。
2. 非晶结构
作为非晶态玻璃而非石英晶体，它不具有双折射，并且光学均匀性出色，可确保光在传播时不会发生畸变或退偏振。
3. 极高稳定性
超低热膨胀可防止温度变化引起的翘曲。较高的化学惰性和抗辐射性使其能够在激光系统、光刻设备和真空腔室等严苛环境中保持稳定性能。
4. 高激光损伤耐受性
较少的内部缺陷和较高的材料均匀性使其具有较高的激光诱导损伤阈值 (LIDT)，适用于高功率 UV 激光应用。
在实际应用中，基片是窗口片、透镜、反射镜、棱镜和光掩模的稳定透明基底。
主要特性
光学特性
- 透射范围：~185 nm（深紫外）至2100–2500 nm（NIR）
- 深紫外波段的高透射率（在200 nm处为>85%，无镀膜）
- 折射率: 在589 nm时为~1.458
- 出色的光学均匀性
- 极低双折射
- 紫外激发下的低荧光
- 高激光诱导损伤阈值 (LIDT)
物理&热学特性
- 超低热膨胀系数
- 高热稳定性
- 高硬度和耐刮擦性
- 无孔隙、无气泡、无夹杂物
- 对大多数酸、等离子体和溶剂呈化学惰性
制造
紫外熔融石英基底通常采用火焰水解沉积（烟灰）工艺制成：
- 在氢氧焰中燃烧高纯度硅前驱体，形成细小的二氧化硅烟炱。
- 沉积烟灰，并在高温下烧结成致密、透明的坯料。
- 晶锭经过切割、磨削、研磨和抛光，以达到精确的尺寸、平面度、平行度和表面质量。
- 最终基片经过精密加工，可用于高端光学系统。
应用
在半导体光刻中
- 深紫外光透过熔融石英基底。
- 光将电路图形转移到晶圆上。
- 基底保持尺寸稳定 → 图案不失真。
在紫外激光器中
- 激光束穿过紫外熔融石英窗口。
- 几乎无能量损失 → 高效率。
- 在强UV照射下不会分解 → 使用寿命长。
在 UV 光谱分析中
- 样品光穿过基底。
- 无额外吸收 → 测量准确。
实际示例：UVFS晶圆（直径100 mm，厚度500 μm，双面抛光）
常用于 UV 传感器基底和小尺寸光掩模基板。
- 规格：在200 nm时，透射率>90%；在185 nm时，>85%；双面抛光（DSP）、倒角边缘、用于对准的主定位边；表面粗糙度Ra <0.5 nm。
- 实际应用：用于水质监测的深紫外光电二极管阵列基底（通过254 nm处的UV吸收检测有机污染物）。将晶圆切割成10×10 mm的芯片，镀覆半导体薄膜（如GaN），然后封装成传感器。UVFS可确保UV光在不被吸收的情况下到达有源层，其化学惰性则可防止在水环境中发生浸出或污染。
