光刻工藝（英語：photolithography 或 optical lithography）是半導體器件與LCD液晶屏制備的一個關鍵步驟，利用光將設計的精細圖案轉移至基板上，是一種對圖案精度要求極高的工藝。目前，半導體及LCD制造設備中使用的氧化鋁基精細陶瓷主要為白色或象牙白色。然而，在光源或焦平面周圍的部件中，這些白色陶瓷會反射光線，產生眩光，影響設備性能。與之相比，黑色氧化鋁陶瓷在保持其特有的強度和耐久性的同時，能夠有效抑制表面反射，在波長240～2600nm范圍內（涵蓋了從紫外光到近紅外光的多個區域），其反射率僅為5.1%～15.3%^【1】。

黑色材料通常具有較低的光線反射率

陶瓷真空吸盤是半導體制造中用于夾持及承載的常見設備零件。在光制程環節，采用黑色的真空吸盤可以減少加工時吸盤反射雜光造成的干擾。傳統真空吸盤易將薄膜材料吸入表面的空氣孔內，導致薄膜材料變形、下垂、應變和邊緣翹曲等問題，而采用多孔陶瓷制作的真空吸盤使用超細微米級孔和孔間距能夠可靠地處理更薄、更精細的工件，可以避免上述問題。多孔陶瓷真空吸盤由微孔陶瓷和框架組成，氣孔尺寸通常為微米級甚至納米級，其傳遞真空的部分為多孔陶瓷板，多孔陶瓷板裝配在底座的沉孔中，其周邊與底座粘結密封，底座為精密陶瓷或金屬材料加工而成。

多孔陶瓷真空吸盤（多孔陶瓷卡盤）：吸附部是黑色多孔氧化鋁陶瓷，外部是黑色致密氧化鋁陶瓷，粘合面為黑色，以減少光反射，適用于光學檢測裝置，來源：Asuzac

多孔陶瓷真空吸盤結構：通過向多孔體施加負壓力來吸附、固定被吸附物

黑色氧化鋁陶瓷是以Al₂O₃為主要成分，過渡金屬氧化物作為著色劑，同時添加燒結助劑，在一定的溫度下燒結而成，其中著色劑是此類陶瓷的重要組成，決定了最終呈色。用作真空吸盤的此類陶瓷，在選用著色劑時，要保證真空吸盤的呈色程度、機械強度、孔隙率以及孔徑大小。

黑色氧化鋁“呈色機理”

物質的顏色由其對可見光的選擇性吸收決定。若物質對可見光全部波長均吸收，則呈現黑色。

當然對于不可見光（如紫外線、紅外線），若被吸收，也表現出相應的特性，例如熱吸收或紫外屏蔽。

Al₂O₃陶瓷主要是采用過渡金屬氧化物作為其著色劑。過渡金屬元素的離子最外層為d軌道，是非球形對稱軌道，在晶體場作用下，過渡金屬元素離子的d軌道發生能級分裂，形成不同的能級，電子在不同能級的d軌道之間躍遷，躍遷能在1-4eV之間，對應著吸收一定波長的光，波長范圍正好落在可見光區，使物質呈色，物質呈現的顏色為其所吸收的光波的補色。調整AI₂O₃陶瓷配方中著色氧化物的比例，在一定條件下制得的陶瓷樣品，能吸收極大比例的可見光從而呈現黑色（當然，如果用于光制程還需考慮黑色氧化鋁陶瓷對工作光波長范圍的吸收）。

多孔氧化鋁陶瓷

作為吸盤傳遞真空的關鍵組件，氧化鋁多孔陶瓷的孔洞往往非常微細，孔隙率需在30%-50%，孔徑要求則在微米級甚至納米級，可以保證工件表面貼合于真空吸盤時，不會因為負壓而造成表面的刮傷、凹陷等不良因素。

多孔氧化鋁陶瓷是一種基體為氧化鋁，經過高溫燒結，內部含有大量相互貫通并且與表面也相通的微孔或孔洞結構的陶瓷材料。當下廣泛應用的制備此類陶瓷的方法有：添加造孔劑法、發泡法、有機泡沫浸漬法、冷凍干燥法和凝膠注模法

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參考資料：

1、Asuzac 株式會社精細陶瓷事業部，黑色氧化鋁

2、TSJ株式會社.防靜電功能得到提高的黑色氧化鋁陶瓷部件以及制備方法

3、趙元豪. 黑色多孔氧化鋁陶瓷的制備工藝研究[D]. 北京:北京交通大學,2022.

編輯整理：粉體圈Alpha