神坛上的美国蓝宝石晶体生长设备
神坛上的美国蓝宝石晶体生长设备
(2011-07-01 12:07:38)
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分类：蓝宝石晶体
arc
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hem
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坩锅下降法
蓝宝石晶体生长
杂谈
引言
华裔背景的美国科学家朱棣文博士因激光冷却和俘获原子的实验而分享了1997年的诺贝尔物理学奖。获奖后朱棣文博士访问中国的第一站选择了中国科学院上海光学精密机械研究所拜访王育竹院士。因为王育竹院士比获得1997年诺贝尔物理学奖的朱棣文博士早了近10年就提了关于激光冷却的实验方法和理论设想，但是实验必需器材的购置费120万元迟迟未申请到，以致拖了14年才出成果，结果当然他不可能拿诺贝尔奖。
向王育竹院士表示致敬！
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话说世界500强联合利华新换了一批自动香皂包装机以后，经常出现香皂盒子是空的没有香皂情况，而在装配线一头用人工检查因为效率问题不太可能而且不保险，这不，一个由自动化，机械，机电一体化等专业的博士组成的Solution队伍来解决这个问题，没多久他们在装配线的头上开发了全自动的X光透射检查线，透射检查所有的装配线尽头等待装箱的香皂盒，如果由空的就用机械臂取走。
同样，中国一乡镇企业生产香皂也遇到类似问题，老板吩咐线上小工务必想出对策解决之，小工拿了一个电风扇放在产线上吹风。
一堆最先进的零部件的堆积物，未必是最合适的机器。............................................................................
事关中国人面子的诺贝尔奖，我们纠结了很多很多年..............其实大可不必，诺贝尔奖已经带有了浓厚的政治色彩..............
如果我们老百姓能安居乐业、如果有一个让我们的科技工作者心无旁鹫安心工作的环境、如果我们的百姓人人从心底就淡定................不要说我们从未拿过诺贝尔，即使从未有奥运奖牌又能如何？
不能为官员的面子而活，要为百姓的尊严而活！
中国从来不缺乏优秀的人才，只是缺乏合适的制度和尊重知识的土壤。在急功近利的环境中，我们缺乏的是自信和心态;喜欢神话，能为有钱人服务的神话.................尤其是外来的神话。
神坛上美国蓝宝石晶体生长设备
本博主学习和研究晶体生长技术十五年以上，也跑过不少国家和地区，对晶体生长技术和设备的发展水平自认为略知一二。十多年前开始跟踪蓝宝石晶体生长的技术和设备，应该讲前苏联地区的水平在世界上是处于领先水平的。跟踪Crystal System 也是在十年前的事了；在本人的学识范围内，晶体生长的技术和设备绝对是一个需要理论和经验相结合的一个技术活。
以本人的愚钝，对一瞬间冒出的美国三大神炉公司GT、TT和ARC是无法理解的；呵呵.............完全超出本人知识范畴和对晶体生长方法的认识。
那么三大神炉真的是神明天降？他们的本质是什么？
三大神炉的技术本源
在本人的另一篇博文《从各个版本的Ky反映出的民族特性》已经概括性的总结了Ky法在美国的发展；其中TT公司的炉子绝对是美国人把俄罗斯的Ky炉进行好莱坞化。TT公司并没有掌握Ky法的精髓，只是按美国人的理解进行所谓的改进，在成本上和性能上完败于俄罗斯的Ky法。本质上TT的设备是一个Ky在美国失败的改装版本，Ky近四十年的经验和技术积累不是一年两年就能超越的。
在分析ARC的设备的时候，一定要把它和GT的ASF（实际上就是HEM）放在一起，因为ARC的设备是GT的改良升级版。
我们先谈谈他们的历史渊源，GT的多晶定向铸锭炉技术买的是Crystal System的技术专利，这是本来是一个用HEM长Si单晶失败的产品，是典型的瞎猫碰死耗子。中国的LDK是他全球第一个商业用户，第一个吃螃蟹的人。后来GT收购CS，有一票CS的人跳槽出来成立ARC，ARC的人的确熟知HEM的种种毛病，改进后推出自己的HEM设备。GT由于收购了CS的全部知识产权，所以在告ARC侵权。
那么GT和ARC的HEM是一个新技术吗？它的原理是什么？
所谓万变不离其宗，本博主认为他们的真正技术的本源是Bridgman-Stockbarger Method坩锅下降法。为说明这个问题，我还会带上国内的上海光机所TGT、云南玉溪和成都东骏在一起做分析比较；它们都是坩锅下降法的变种。
云南玉溪、成都东骏、TGT、GT和ARC的技术分析
Bridgman-stockbarger method 坩埚下降法是将一个垂直放置的坩埚逐渐下降，使其通过一个温度梯度区(温度上高下低)，熔体自下而上凝固。通过坩埚和熔体之间的相对移动，形成一定的温度场，使晶体生长。温度梯度形成的结晶前沿过冷是维持晶体生长的驱动力。使用尖底坩埚可以成功得到单晶，也可以在坩埚底部放置籽晶。对于挥发性材料要使用密闭坩埚。
坩埚下降法优点：1：坩埚封闭，可生产挥发性物质的晶体；2：成分易控制；3：可生长大尺寸单晶；4：常用于培养籽晶。
坩埚下降法缺点：1：不宜用于负膨胀系数的材料，以及液体密度大约固体密度的材料；2：由于坩埚作用，容易形成应力，寄生成核和污染；3：不易于观察。4：下降机构存在机械扰动。
以上为各个版本晶体生长技术文献对坩锅下降法的总结。
大家仔细看看坩锅下降法的技术特点，总结一下上海光机所TGT、云南玉溪、成都东骏、HEM和ARC的共同性：通过一个温度梯度区(温度上高下低)，熔体自下而上凝固；通过坩埚和熔体之间的相对移动，形成一定的温度场，使晶体生长；坩埚底部放置籽晶。
这几种方法都希望利用坩锅下降法可生长大尺寸单晶；同时都通过一些技术改进，来避免一些坩埚下降法缺点；但是有些缺点是不可避免，以上的改进和缺点在下面的进行一一分析。
原料污染问题是TGT、云南玉溪、成都东骏、HEM和ARC都不可避免的问题，其中ACR解决的最好，云南玉溪和成都东骏处于中间水平，HEM和TGT最差。
HEM采用钼坩锅，石墨发热体，石墨保温系统；存在污染污染源有三个，钼、碳、碳化钼。由于钼坩锅的特性，以及钼在蓝宝石熔液中的分凝系数问题，该方法长出的晶体会发蓝，蓝宝石材料中钼含量偏高。使用石墨发热体和石墨保温材料，必然会使得材料中的碳含
量偏高，晶体发黑发红。碳会影响电光效率，同时会加快衰减。具体还看看博文《笑看美国的又一个技术神话的破灭》。坩锅一次性使用。
TGT采用钼坩锅，石墨发热体，金属屏保温系统；存在污染污染源有三个，钼、碳、碳化钼；和HEM相差无几。坩锅一次性使用。
云南玉溪和成都东骏采用钼坩锅，线圈感应；金属加无机非金属保温材料，由于钼坩锅的特性，以及钼在蓝宝石熔液中的分凝系数问题，该方法长出的晶体会发蓝，蓝宝石材料中钼含量偏高，但不会有碳和碳化钼的问题。坩锅一次性使用。
ACR采用钨坩锅，钨丝网发热体，金属屏保温系统；仅仅在钨坩锅存在一点点氧化钨和钨，应该说材料解决不错和Ky是一个水平。
坩锅可以多次使用。
不过ACR的原理设计和温场设计绝对存在知识产权问题，不仅仅是GT告他们在保护籽晶和梯度控制方面侵权，在国内绝对侵犯了一家国内企业的专利设计（目前暂不透露），是温场和原理的发明专利和实用新型各一项。
寄生成核和不易于观察是TGT、云南玉溪、成都东骏、HEM和ARC都不能很好解决的问题。籽晶在底部以及晶体和坩埚壁接触，会产生应力或寄生成核，容易多晶，单晶性一定不好。而单晶性是衬底级蓝宝石的第一关键参数。不易于观察容易造成晶体生长速率的不可控性，所以GT设备要加电源稳压器。见《笑看美国的又一个技术神话的破灭》
下降机构存在机械扰动问题云南玉溪和成都东骏没有加于考虑；但博主认为这不是什么大问题。因为要解决这个问题会带来负面的影响，本身以目前的机械电子水平机械扰动已经不是大问题。TGT、HEM和ARC都在这个问题上加以解决，成为他们的所谓技术亮点。
TGT在石墨发热体上做文章，通过调节电阻，使发热体的发热量从上到下递减，随着发热功率的递减，生长界面至下而上上升，完成晶体生长。由于无机械可动部分，的确没有机械扰动问题。带来的负面影响是，坩锅顶部的温度需要更高，而且晶体自上而下存在一个较大梯度，会加大晶体的应力。
HEM和ARC利用坩锅底部的热交换器来行成温度从上到下递减，通过调整气体流量和发热功率的递减，生长界面至下而上上升，完成晶体生长。在晶体生长完成后，停止或减少气体流量，使得晶体上下温差尽量减少，来减小应力，所以GT的晶体做的可以相对更大。ARC 晶体为什么不做的更大？我们后面分析。
云南玉溪和成都东骏都是把坩锅从高温区拉到低温区；但是成都东骏加入了自己的专利设计，在完成晶体生长后把坩锅和下保温罩上升，用来进一步减少温度梯度达到更好的退火效果，很不错的设计。赞一个。云南玉溪在产业化方面，在国内是最具有经验的；目前也是国内规模做的最大的，赞一个。以目前的机械加工水平，机械扰动已经不是大问题，所以云南玉溪和成都东骏并没有绝对的劣势。
坩锅寿命、晶体应力和生长方向三个问题是分不开的，相互影响。其中晶体应力的部分起因在下降机构存在机械扰动中已经做了详细分析；其中还有一部分是由于和坩锅接触引起的，也是不可避免的，相比晶体和坩锅壁不接触的方法，坩锅下降法的应力相对偏大，晶体容易炸裂。
大家注意到一个规律了吗？TGT、云南玉溪、成都东骏、HEM坩锅基本上是一次性使用，A向生长。ARC坩锅可以多次使用，C向生长。至于A向、C向的选择在《从缺陷的角度谈谈蓝宝石生长方向的选择》详细分析，不加多言；这里重点分析一下坩锅一次性使用的问题。
TGT和HEM采用钼坩锅，由于使用碳发热体，由于碳和钼的反应会使得坩锅材料变脆；同时晶体和坩锅接触，为减少晶体的压应力，采用薄壁钼坩锅，利用了薄壁钼坩锅的延展性较钨坩锅好；综合以上坩锅只能一次性使用。A向生长。
云南玉溪、成都东骏采用钼坩锅，由于使用感应加热，由于坩锅直接作为发热体使得坩
锅材料变脆；同时晶体和坩锅接触，为减少晶体的压应力，采用薄壁钼坩锅，利用了薄壁钼坩锅的延展性较钨坩锅好；综合以上坩锅只能一次性使用。A向生长。
ARC采用钨坩锅，采用金属发热体，钨坩锅可以多次使用，而且神奇的采用C向生长。博主要发表一个与大家完全不同看法，ARC采用C向生长能够偶尔成功和他材料纯度较好有一定的关系，更关键的是为了使用钨坩锅，且能多次使用，必须使用C向生长。由于A向晶体膨胀系数各向异性，晶体不宜脱锅；而C向生长的晶体膨胀系数各向基本同性，晶体较容易脱锅，而且压应力相对小，能使用延展性较差但不易污染晶体的钨坩锅。
所以说ARC使用C向生长绝对不是它吹嘘的技术先进，可以进行C向生长；而是要使用钨坩锅且多次使用不得已的选择！
至于ARC所吹嘘的原料预处理技术，即使是绝招也是“葵花宝典”；“若要成功，必先自宫”
任何一种晶体生长方法、任何一种技术没有高低之分；只有最合适它生长的材料。ACR 的技术的确是坩锅下降技术改进版本的巅峰之作之一；但不意味着它是最适合生长蓝宝石晶体的技术方法。
谈笑间，灰飞烟灭...............
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新浪网友2011-07-01 12:35:01 [举报]
我沙你个发！B4一下自己，居然抢沙发，博主的文章从第二篇我就是先顶，再看的！也做一下广告吧，博主不要骂俺，----MAT晶片研磨抛光设备（ansun@https://www.docsj.com/doc/401471417.html,）。嘿嘿
新浪网友2011-07-01 12:39:13 [举报]
ARC 在国内绝对侵犯了一家国内企业的专利设计（目前暂不透露），是温场和原理的发明专利和实用新型各一项。
如果是真，这家企业可真的是牛！
我是小猪2011-07-01 15:20:14 [举报]
本人水平有限，看得不是太懂呀，慢慢研究！！
21268224872011-07-01 15:35:53 [举报]
博主能把热梯度法和KY及CZ对比一下介绍就更完美了！KY的优势！精髓版的！先谢过！zjwtt2011-07-01 20:00:32 [举报]
博主，技术贴啊！！！
新浪网友2011-07-01 21:34:22 [举报]
博主高见，的确是坩埚下降的种种变种
新浪网友2011-07-01 22:41:22 [举报]
博主，我想成为你的经济人，把和你共进午餐、晚餐一起拍卖！
金红石2011-07-02 09:40:16 [举报]
顶一个
新浪网友2011-07-02 11:51:09 [举报]
小盗晶经，果然是求晶之经！
厚朴2011-07-02 23:53:30 [举报]
博主对蓝宝石生长技术和设备都这么熟悉，有没有计划推出自己的作品？
博主回复：2011-07-03 00:53:54
我的作品就是让这些洋忽悠们灰头土脸退出中国！
新浪网友2011-07-03 01:11:49 [举报]
坩埚和熔体之间的相对移动?
A向晶体膨胀系数各向异性?
请博主解释
博主回复：2011-07-05 09:22:24
看看书，看看HEM和TGT生长过程的固液界面是如何变化的；就可以理解坩埚和熔体之间的相对移动；
看看晶体学基本知识，六方晶系的特点
楼主，我是一家猎头公司的，正在为国内一家大型投资公司寻觅蓝宝石项目的负责人，楼主如果有兴趣请给我发一份简历marco198025@https://www.docsj.com/doc/401471417.html,，谢谢！
博主回复：2011-07-09 14:33:54
在本博主这，一般先把这家公司的简历给俺看看；我考虑一下它能否付得起俺的报酬；其次我不要应收账款。
新浪网友2011-07-06 00:16:32 [举报]
感觉你的意思是
1、坩埚和温场的相对移动。
2、垂直于生长方向的其它晶向热膨胀系数的异同。
愿意和博主讨论
新浪网友2011-07-08 23:06:54 [举报]
博主实在是文采飞扬，只是用错地方了，看来RP有些问题
博主回复：2011-07-09 14:23:00
知不知智——老子
宽而栗、柔而立、愿而恭、乱而敬、扰而毅、直而温、简而廉、刚而塞、强而义——九德这位买办兄以为如何？
新浪网友2011-07-08 23:08:53 [举报]
看来博主技术很精湛，敢用低价打市场么，仅仅技术好，就能成功吗？胆色。。。。。。。。？博主回复：2011-07-09 14:20:49
毛爷爷和我爷爷都告诉我，匹夫之勇不要逞...............
新浪网友2011-07-09 20:38:49 [举报]
感觉博主对蓝宝石晶体生长还是有见地的。几种技术的优缺点分析得比较到位。如果再仔细分析一下俄罗斯的KY法的特点就更好了。
博主回复：2011-07-10 14:20:23
Ky实际上已经讲的很清楚了，你仔细读读；我不可能写个工艺手册发布
新浪网友2011-07-10 08:25:36 [举报]
楼主，我是一家猎头公司的，正在为国内一家大型投资公司寻觅蓝宝石项目的负责人，楼主如果有兴趣请给我发一份简历marco198025@https://www.docsj.com/doc/401471417.html,，谢谢！
你好，请问请问你可以给我发个邮箱吗？我把具体情况给你发过去。
博主回复：2011-07-14 00:02:26
发纸条
情况基本事实！
cecilia01282011-07-12 18:03:17 [举报]
楼上的帮GCL找人吧。现在这年头找人都找疯了呵呵。
归根根雕艺术2011-07-20 14:58:17 [举报]
捍卫你！
蓝宝石生长方法
一、蓝宝石生长 1.1 蓝宝石生长方法 1.1.1 焰熔法Verneuil (flame fusion) 最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil） 和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末 与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“ 日内瓦红宝石”。后 来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil） 改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方 法又被称为维尔纳叶法。 1）基本原理 焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在 通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在种 晶上固结逐渐生长形成晶体。 2）合成装置与条件、过程 焰熔法的粗略的说是利用氢及氧气在燃烧过程中产生 高温，使一种疏松的原料粉末通过氢氧焰撒下焰融，并落在 一个冷却的结晶杆上结成单晶。下图是焰熔生长原料及设备 简图。这个方法可以简述如下。图中锤打机构的小锤7按一 定频率敲打料筒，产生振动，使料筒中疏松的粉料不断通过 筛网6，同时，由进气口送进的氧气，也帮助往下送粉料。 氢经入口流进，在喷口和氧气一起混合燃烧。粉料在经过高温火焰被熔融而落在一个温度较低的结晶杆2上结成晶体了。炉体4设有观察窗。可由望远镜8观看结晶状况。为保持晶体的结晶层在炉内先后维持同一水平，在生长较长晶体的结晶过程中，同时设置下降机构1，把结晶杆2缓缓下移。 焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉中进行的。 A.供料系统 原料：成分因合成品的不同而变化。原料的粉末经过充分拌匀，放入料筒。如果合成红宝石，则需要Al2O 粉末和少量的 Cr2O3参杂，Cr2O3用作致色剂，添加量为 1-3%。三氧化 3 二铝可由铝铵矾加热获得。料筒：圆筒，用来装原料，底部有筛孔。料筒中部贯通有
蓝宝石晶体生长技术回顾
蓝宝石晶体生长技术回顾 (2011-07-12 15:21:18) 转载 分类：蓝宝石晶体 标签： 蓝宝石 晶体生长 技术 历史 杂文 杂谈 引言 不少群众提出意见，博主说了这多不行的，能不能告诉广大投身蓝宝石长晶事业的什么设备行？说实话，这真的是为难我了！怎么讲？举个例子吧，Ky技术设备在Mono手里还真的是Ky，但到了你手里可能就是YY了。 可能你觉得受打击了，可是没有办法啊，事实如此啊，实话听 起来往往比较刺耳！本博主前面发表的《从缺陷的角度谈谈蓝宝石生长方向的选择》博文，迄今为止只有寥寥无几群众真正看出精髓所在..................................不服气群众可以留言谈谈自己了解了什么？ 古人云“博古通今”、“温故知新”，我觉得很有道理，技术之道也是如此。如果没有对以往技术的熟练掌握、熟知精髓所在，没有
对以往技术的总结提炼，你就不可能对一个新技术真正的掌握。任何新技术新设备到你手里，充其量你只是一个熟练操作工而已。 还觉得不信的话，我就在这篇博文里用大家认为最古老的火焰法宝石生长的经验理论总结来给大家进行目前流行的衬底级蓝宝石晶体生长进行理论指导。 蓝宝石晶体生长技术简介
焰熔法（flame fusion technique）&维尔纳叶法（Verneuil technique） 1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。 弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）这几个哥们实际上就是做假珠宝的，一群有创新精神的专业人士。 博主对两类造假者比较佩服，一类是以人造珠宝以假乱真的，一类是造假文物的。首先、他们具有很高的专业素养；其次、他们也无关民生大计；还有利于社会财富的再分配。 至于火焰法简单的描述我就不啰嗦了，我讲讲一些你所不知道的火焰法长宝石的一些前人总结；这些总结和经验对今天的任何一种新方法长蓝宝石单晶都是有借鉴意义的。 100多年来火焰法工作者在气泡、微散射，晶体应力和晶体生长方向的关系，晶体生长方向与缺陷、成品率之间的关系做了大量的数据总结，可以讲在各个宝石生长方法中研究数据是最完备的。在这篇博文里我只讲讲个人认为对其他方法有借鉴意义的一些总结。
蓝宝石晶体生长工艺研究
蓝宝石晶体生长工艺研究 【摘要】蓝宝石晶体具有硬度大、熔点高、物理化学性质稳定的特点,是优质光功能材料和氧化物衬底材料,广泛用于电子技术,军事、通信、医学等国防民用, 科学技术等领域。自19 世纪末, 法国化学家维尔纳叶采用焰熔法获得了蓝宝石晶体后,人工生长蓝宝石工艺不断发展, 除了焰熔法外还有冷坩埚法、泡生法、温度梯度法、提拉法、热交换法、水平结晶法、弧熔法、升华法、导模法、坩埚下降法等。本文主要对应用较为广泛的焰熔法、提拉法、泡生法、热交换法、导模法、下降法、等生长工艺进行论述。 【关键词】蓝宝石晶体晶体生长工艺研究蓝宝石晶体的化学成分是氧化铝(a -AI2O3 ),熔点高达2050C,沸点3500C,硬度仅次于金刚石为莫氏硬度9，是一种重要的技术晶体。蓝宝石晶体在光学性能、机械性能和物理化学性质方面表现出了优异性能,因此被各行业广泛应用,同时随着现代科学技术的发展,对蓝宝石晶体的质量要求也不断提升,这就对蓝宝石晶体生长工艺提出了新的挑战。 焰熔法。确切来讲焰熔法是由弗雷米、弗尔、乌泽在
1885 年发明的，后来法国化学家维尔纳叶改进、发 展并投入生产使用。焰熔法是以Al2O3 粉末为原 料，置于设备上部，原料在撒落过程中通过氢及氧气 在燃烧过程中产生的高温火焰，熔化，继续下落，落 在设备下方的籽晶顶端，逐渐生长成晶体。焰熔法生 产设备主要有料筒、锤打机构、筛网、混合室、氢气 管、氧气管、炉体、结晶杆、下降机构、旋转平台等 组成。锤打机构使料筒振动，与筛网合作使粉料少 量、等量或周期性的下落；氧气与粉末一同下降、氢气与氧气混合燃烧；在炉体设有观察窗口可通过望远镜查看结晶状况，下降机构控制结晶杆的移动，旋转平台为晶体生长平台，下方置以保温炉。焰熔法具有生长速度快、设备简单、产量大的优点，但是生产出的晶体缺陷较多，适用于对蓝宝石质量要求不高的晶体生产。 提拉法。提拉法能够顺利地生长某些易挥发的化合物，应用较为广泛。提拉法工艺：将原料装入坩埚中熔化为熔体，籽晶放入坩埚上方的提拉杆籽晶夹具中，降低提拉杆使籽晶插入熔体中，在合适的温度下籽晶不会熔掉也不会长大，然后转动和提升晶体，当加热功率降低时籽晶就会生长，通过对加热功率的调节和提升杠杆的转动即可使籽晶生长成所需的晶体。
蓝宝石晶体材料应用及市场需求分析
蓝宝石晶体材料应用及市场需求分析 蓝宝石晶体材料是蓝宝石单晶体的原材料，是生产LED衬底、蓝宝石视窗等产业的上游产业，因此可分析其下游产业趋势来确定其市场需求。 据预计，未来LED蓝宝石衬底市场需求量年增速超过30%，蓝宝石视窗则受益于新机型屏幕升级和智能穿戴设备的潜在高速增长，全球性的蓝宝石经济即将到来。 LED市场对蓝宝石晶体材料的需求分析 图1 蓝宝石材料的应用及趋势 1）LED衬底 LED是一种节能环保、寿命长和多用途的光源，其能量转换效率大大高于白炽灯和节能灯。衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石，不同的衬底材料，需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。 衬底材料的选择取决于很多条件，目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工工艺的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的
研发和生产。目前能用于生产的衬底只有三种，即蓝宝石Al2O3衬底和碳化硅SiC衬底以及Si衬底等。蓝宝石的性价比不断提升将成为LED上游衬底材料的最优选择。 由图1所示，LED衬底可应用于照明、信息、笔记本电脑等诸多领域，市场整体保持快速增长，尤其是LED照明市场应用扩张明显，而蓝宝石晶体材料是LED上游衬底材料的最优选择，受其影响，也将迎来高速增长。 蓝宝石由于性能优良是最为理想的衬底材料，并且被广泛应用于光电元件中。蓝宝石的应用领域主要涉及衬底材料，军事、武器方面的应用及消费性电子智能终端等。衬底依旧是蓝宝石的重要应用领域，以LED衬底材料为主。目前来看，蓝宝石衬底材料应用为蓝宝石的最主要应用，按照法国Yole统计，蓝宝石衬底材料应用占比约75%，非衬底材料应用占比约25%。其中衬底材料中主要是半导体照明（LED）衬底材料及SOS相关产品使用，其中LED衬底材料占比约95%以上，可见LED衬底目前是蓝宝石市场的主要驱动力，现在主要应用在LED照明市场。 2、LED照明市场分析 LED应用于照明，是继日光灯、节能灯后的第三次革命。LED 的发光效率，是白炽灯的8倍，是荧光灯的2倍多。LED的光谱中没有紫外线和红外线成分，所以不会发热，不产生有害辐射。而且LED的光通量半衰期大于5万小时，可以正常使用20年，器件寿命一般都在10万小时以上，是荧光灯寿命的10倍，是白炽灯的100倍，LED这种节能、长寿的特性，使其取代其他灯具成为主流照明产品是必然趋势。另一方面，LED在大尺寸光源、景观照明、汽车车灯、低温照明等应用市场将得到进一步发展，逐步成为推动LED市场发
数种蓝宝石晶体生长方法
蓝宝石晶体的生长方法 自1885年由Fremy、Feil和Wyse利用氢氧火焰熔化天然红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”，迄今人工生长蓝宝石的研究已有100多年的历史。在此期间，为了适应科学技术的发展和工业生产对于蓝宝石晶体质量、尺寸、形状的特殊要求，为了提高蓝宝石晶体的成品率、利用率以及降低成本，对蓝宝石的生长方法及其相关理论进行了大量的研究，成果显著。至今已具有较高的技术水平和较大的生产能力，为之配套服务的晶体生长设备——单晶炉也随之得到了飞速的发展。随着蓝宝石晶体应用市场的急剧膨胀，其设备和技术也在上世纪末取得了迅速的发展。晶体尺寸从2吋扩大到目前的12吋。 低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶已成为当前面临的迫切任务。总体说来，蓝宝石晶体生长方式可划分为溶液生长、熔体生长、气相生长三种，其中熔体生长方式因具有生长速率快，纯度高和晶体完整性好等特点，而成为是制备大尺寸和特定形状晶体的最常用的晶体生长方式。目前可用来以熔体生长方式人工生长蓝宝石晶体的方法主要有焰熔法、提拉法、区熔法、导模法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法、泡生法等。而泡生法工艺生长的蓝宝石晶体约为目前市场份额的70%。LED蓝宝石衬底晶体技术正属于一个处于正在发展的极端，由于晶体生长技术的保密性，其多数晶体生长设备都是根据客户要求按照工艺特点定做，或者采用其他晶体生长设备改造而成。下面介绍几种国际上目前主流的蓝宝石晶体生长方法。
图9 蓝宝石晶体的生长技术发展 1 凯氏长晶法(Kyropoulos method) 简称KY法，中国大陆称之为泡生法。泡生法是Kyropoulos于1926年首先提出并用于晶体的生长，此后相当长的一段时间内，该方法都是用于大尺寸卤族晶体、氢氧化物和碳酸盐等晶体的制备与研究。上世纪六七十年代，经前苏联的Musatov改进，将此方法应用于蓝宝石单晶的制备。该方法生长的单晶，外型通常为梨形，晶体直径可以生长到比坩锅内径小10～30mm的尺寸。其原理与柴氏拉晶法(Czochralski method)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种（Seed Crystal，又称籽晶棒）接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇，图10即为泡生法(Kyropoulos method)的原理示意图。泡生法是利用温度控制来生长晶体，它与柴氏拉晶法最大的差异是只拉出晶颈，晶身部分是靠着温度变化来生长，少了拉升及旋转的干扰，比较好控制制程，并在拉晶颈的同时，调整加热器功率，使熔融的原料达到最合适的
神坛上的美国蓝宝石晶体生长设备
神坛上的美国蓝宝石晶体生长设备 (2011-07-01 12:07:38) 转载 标签： 分类：蓝宝石晶体 arc gt hem tgt 坩锅下降法 蓝宝石晶体生长 杂谈 引言 华裔背景的美国科学家朱棣文博士因激光冷却和俘获原子的实验而分享了1997年的诺贝尔物理学奖。获奖后朱棣文博士访问中国的第一站选择了中国科学院上海光学精密机械研究所拜访王育竹院士。因为王育竹院士比获得1997年诺贝尔物理学奖的朱棣文博士早了近10年就提了关于激光冷却的实验方法和理论设想，但是实验必需器材的购置费120万元迟迟未申请到，以致拖了14年才出成果，结果当然他不可能拿诺贝尔奖。 向王育竹院士表示致敬！ ………………………………………………………………… 话说世界500强联合利华新换了一批自动香皂包装机以后，经常出现香皂盒子是空的没有香皂情况，而在装配线一头用人工检查因为效率问题不太可能而且不保险，这不，一个由自动化，机械，机电一体化等专业的博士组成的Solution队伍来解决这个问题，没多久他们在装配线的头上开发了全自动的X光透射检查线，透射检查所有的装配线尽头等待装箱的香皂盒，如果由空的就用机械臂取走。 同样，中国一乡镇企业生产香皂也遇到类似问题，老板吩咐线上小工务必想出对策解决之，小工拿了一个电风扇放在产线上吹风。 一堆最先进的零部件的堆积物，未必是最合适的机器。............................................................................ 事关中国人面子的诺贝尔奖，我们纠结了很多很多年..............其实大可不必，诺贝尔奖已经带有了浓厚的政治色彩.............. 如果我们老百姓能安居乐业、如果有一个让我们的科技工作者心无旁鹫安心工作的环境、如果我们的百姓人人从心底就淡定................不要说我们从未拿过诺贝尔，即使从未有奥运奖牌又能如何？ 不能为官员的面子而活，要为百姓的尊严而活！ 中国从来不缺乏优秀的人才，只是缺乏合适的制度和尊重知识的土壤。在急功近利的环境中，我们缺乏的是自信和心态;喜欢神话，能为有钱人服务的神话.................尤其是外来的神话。 神坛上美国蓝宝石晶体生长设备 本博主学习和研究晶体生长技术十五年以上，也跑过不少国家和地区，对晶体生长技术和设备的发展水平自认为略知一二。十多年前开始跟踪蓝宝石晶体生长的技术和设备，应该讲前苏联地区的水平在世界上是处于领先水平的。跟踪Crystal System 也是在十年前的事了；在本人的学识范围内，晶体生长的技术和设备绝对是一个需要理论和经验相结合的一个技术活。
蓝宝石晶体生长设备
大规格蓝宝石单晶体生长炉技术说明 一、项目市场背景 α-Al2O3单晶又称蓝宝石，俗称刚玉，是一种简单配位型氧化物晶体。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶已成为当前面临的迫切任务。 蓝宝石晶体生长方式可划分为溶液生长、熔体生长、气相生长三种，其中熔体生长方式因具有生长速率快，纯度高和晶体完整性好等特点，而成为是制备大尺寸和特定形状晶体的最常用的晶体生长方式。目前可用来以熔体生长方式人工生长蓝宝石晶体的方法主要有熔焰法、提拉法、区熔法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法和泡生法等。但是，上述方法都存在各自的缺点和局限性，较难满足未来蓝宝石晶体的大尺寸、高质量、低成本发展需求。例如，熔焰法、提拉法、区熔法等方法生长的晶体质量和尺寸都受到限制，难以满足光学器件的高性能要
求；热交换法、温度梯度法和泡生法等方法生长的蓝宝石晶体尺寸大，质量较好，但热交换法需要大量氦气作冷却剂，温度梯度法、泡生法生长的蓝宝石晶体坯料需要进行高温退火处理，坯料的后续处理工艺比较复杂、成本高。 二、微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体工艺技术说明 微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体方法在对泡生法和提拉法改进的基础上发展而来的用于生长大尺寸蓝宝石晶体的方法，主要在乌克兰顿涅茨公司生产的 Ikal-220型晶体生长炉的基础上改进和开发。晶体生长系统主要包括控制系统、真空系统、加热体、冷却系统和热防护系统等。微提拉旋转泡生法大尺寸蓝宝石晶体生长技术主要是通过调控系统内的热量输运来控制整个晶体的生长过程，因此加热体与热防护系统的设计，热交换器工作流体的选择、散热能力的设计，晶体生长速率、冷却速率的控制等工艺问题对能否生长出品质优良的蓝宝石晶体都至关重要。 微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体，生长设备集水、电、气于一体，主要由能量供应与控制系统、传动系统、晶体生长室、真空系统、水冷系统及其它附属设备等组成。传动系统作为籽晶杆(热交换器)提拉和旋转运动的导向和传动机构，与立柱相连位于炉筒之上，其主要由籽晶杆(热交换器)的升降、旋转装置组成。提拉传动装置由籽晶杆(热交换器)的快速及慢速升降系统两部分组成。籽晶杆(热交换器)的慢速升降系统由稀土永磁直流力矩电机，通过谐波减速器与精密滚珠丝杠相连，经滚动直线导轨导向，托动滑块实现籽晶杆(热交换器)在拉晶过程中的慢速升降运动。籽晶杆(热交换器)的快速升降系统由快速伺服电机经由谐波减速器上的蜗杆、蜗杆副与谐波的联动实现。籽晶杆的旋转运动由稀土永磁式伺服电机通过楔形带传动实现。该传动系统具有定位精度高、承载能力大，速度稳定、可靠，无振动、无爬行等特点。采用精密加热，其具有操作方法简单，容易控制的特点。在热防护系统方面，该设计保温罩具有调节气氛，防辐射性能好，保温隔热层热导率小，材料热稳定性好，长期工作不掉渣，不起皮，具有对晶体生长环境污染小，便于清洁等优点。选用金属钼坩埚，并依据设计的晶体生长尺寸、质量来设计坩埚的内径、净深、壁厚等几何尺寸，每炉最大可制备D200mmX200mm，重量25Kg蓝宝石单晶体。Al2O3原料晶体生长原料采用纯度为5N的高纯氧化铝粉或熔焰法制备的蓝宝石碎晶。 从熔体中结晶合成宝石的基本过程是：粉末原料→加热→熔化→冷却→超过临界过冷度→结晶。 ９９．９９％以上纯度氧化铝粉末加有机黏结剂，在压力机上形成坯体；先将该坯体预先烧成半熟状态的氧化铝块，置入炉内预烧，将炉抽真空排出杂质气体，先后启动机械泵、扩散泵，抽真空至１０↑［－３］－１０↑［－４］Ｐａ，当炉温达１５００－１８００℃充入混合保护气体，继续升温至设定温度（２１００－２２５０℃）；（３）炉温达设定温度后，保温４－８小时，调节炉膛温度
蓝宝石单晶生长技术研发
合約編號：華機95專案字011號 中華技術學院 產學合作研究計畫 結案報告 機械工程系 合作廠商：越峯電子材料股份有限公司計畫執行時程：95年3月17日至 96年8月31日 計畫金額：1,262,000元 計畫主持人﹕黃聖芳博士
藍寶石單晶生長技術研發 越峰電子材料股份有限公司 委託主導性研究計畫 結案報告 計畫主持人：黃聖芳 中華技術學院機械系 Tel：02-27867048ext.24, 0921833132 Fax：27867253 e-mail：sfhuang@https://www.docsj.com/doc/401471417.html,.tw 台北市115南港區研究院路三段245號 計畫執行時程：95年3月17日至96年8月31日
目錄 1、研究背景2 2、藍寶石之特性5 3、藍寶石單晶生長方法介紹7 4、原料、設備與實驗方法17 5、晶體檢測程序27 6、計畫執行成果28 7、結論36
1、研究背景： 藍寶石(Sapphire)是一種氧化鋁(Al2O3)的單晶，又稱為剛玉(Corundum)，由於具有優良的機械、光學、化學以及抗輻射性質，因此近年來受到工業界廣泛的應用。由於藍寶石的光學穿透範圍非常的寬，從波長190nm的近紫外光到波長5500nm的中紅外光，藍寶石都有很好的透光率，因此大量被使用作為特種光學元件的透鏡材料、高功率雷射的透鏡材料以及飛彈彈頭光罩的材料，如圖1所示。由於藍寶石具有非常高的硬度與耐磨耗性能，因此也常作為精密機械的軸承材料，如圖2所示。又因具有的良好之抗幅射性能，也使得藍寶石常被應用於航太機具或暴露於輻射環境中的光學元件材料，如圖3所示。此外，目前在製作藍白光LED時所使用的基板材料(Substrate)，也是以藍寶石為主，圖4所示即為藍光發光二極體(LED)的結構示意圖。由於藍白光LED具有使用壽命長、消耗功率低，發光效率高等優勢，已成為未來照明燈具的主流，深具市場發展潛力，因而使得作為製作藍白光LED基材的藍寶石之市場需求量也大幅提升。 目前國內工業界對藍寶石的需求量很大，但幾乎全仰賴從美、日、俄等國進口，主要原因是國內缺乏生長藍寶石單晶的技術與人才。而美日等國有能力生產藍寶石單晶的廠商，所提出的技術移轉費用都非常的高，以致迄今尚無國內業者與美日等國的藍寶石單晶生產廠商進行合作。本校(中華技術學院)與俄羅斯的Vniisims公司進行技術合作，引進生長藍寶石單晶的長晶爐與長晶技術，並建置完成整套生長藍寶石的製程，並已多次成功生長出符合工業品質需求的藍寶石單晶。 越峰電子材料股份有限公司正在積極發展藍寶石單晶的長晶技術，並已從俄羅斯引進所需的長晶設備。本計畫即為本校與越峰公司共同簽定的主導性科專產學合作計畫，期望藉由本校已從俄羅斯技術移轉所得的藍寶石單晶長晶技術為基礎，繼續研究開發在藍寶石單晶的長晶製程中，各個參數對晶體品質的影響程度，進而發展出可生產品質更佳且更穩定的藍寶石單晶之製程技術，提供產業界量產之用。 本研究計畫預定完成之工作項目計有下列六項： 1、瞭解不同形態的氧化鋁原料在藍寶石單晶長晶時的合適的比例。 2、確認長晶程序中各個階段的調配與控制對藍寶石單晶品質的影響程度。 3、透過製程參數的控制，包括：加熱電壓、加熱時間、加熱溫度、下晶種方 式以及晶種拉升速率等。掌控製程參數對藍寶石單晶品質之影響程度。 4、獲悉藍寶石單晶所含的缺陷型態與數量。 5、完成硬度分析。
蓝宝石晶体检测
蓝宝石晶体的检测（一） 摘要: 蓝宝石晶体的检测蓝宝石晶体：含有少量Fe2+和Ti4+的α-A1203 (刚玉)晶体。红宝石晶体：含有少量Cr3+的α-A1203 (刚玉)晶体。黄宝石晶体：含有少量Ni4+的α-A1203 (刚玉)晶体。白宝石晶体：α-A1203 (刚玉)晶体。 蓝宝石晶体的检测 蓝宝石晶体：含有少量Fe2+和Ti4+的α-A1203 (刚玉)晶体。 红宝石晶体：含有少量Cr3+的α-A1203 (刚玉)晶体。 黄宝石晶体：含有少量Ni4+的α-A1203 (刚玉)晶体。 白宝石晶体：α-A1203 (刚玉)晶体。 蓝宝石晶体化学性质非常稳定，一般不溶于水和不受酸、碱腐蚀，只有在较高下(300℃)可为氢氟酸、磷酸和熔化的氢氧化钾所侵蚀。蓝宝石晶体硬度很高，为莫氏硬度9级，仅次于最硬的金刚石。它具有很好的透光性，热传导性和电气绝缘性，力学机械性能好，并且具有耐磨和抗风蚀的特点。蓝宝石晶体的熔点为2050℃，沸点3500℃，最高工作温度可达1900℃。因此，蓝宝石作为一种重要的技术晶体，已被广泛地应用于科学技术、国防与民用工业的许多领域。 蓝宝石晶体简介 蓝色宝石是含有少量Fe2+和Ti4+的α-A1203 (刚玉)晶体。蓝宝石晶体是指含有微量杂质晶体的刚玉，刚玉晶体具有优良的光学、电学和机械性能，其硬度仅次于钻石。具有机械强度高、高温化学稳定、导热性好、高绝缘性、小摩擦系数等特点。广泛应用于半导体器件、光电子器件、激光器、真空器件、精密机械等。特别是含Ti4+蓝宝石，是最优异的固体宽带调谐激光材料，可制作超强的飞秒量级可调谐激光器。蓝色宝石也是最为珍贵的宝石之一，深受人们喜爱，高质量宝石晶体的合成工艺是人们研究的重要问题。 蓝宝石有多种合成方法，如盐熔法、高温法、热液反应法等。热液法合成技
蓝宝石项目晶体生长技术研究报告
蓝宝石研究报告 1. 背景 蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(α-Al2O3)的单晶，又称为刚玉，如图1。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。近年来，随着现代科学技术的发展，对蓝宝石晶体材料的尺寸、质量不断提出新的要求。例如，美国国家自然科学基金委员会作为LIGO(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory)计划中分光透镜用的蓝宝石晶体，晶体尺寸：￠350×120mm，光学均匀性：△n<2×10-7，弱光吸收系数(1064nm)：10-6/cm；红外成像探测设备的窗口材料，最小口径为￠150mm，工作波段透过率>80%。另外，基于实际加工过程中加工余量和透波方向的考虑，蓝宝石单晶坯体必须具有一定的外形尺寸方可满足上述要求，所以低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶已成为当前面临的迫切任务。 2. 蓝宝石晶体的应用 蓝宝石晶体的化学成分为氧化铝(α-Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构，如图2、3、4所示。就颜色而言，单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的，因不同显色元素离子渗透于生长中的蓝宝石，因而使蓝宝石显出不同的颜色。在自然界中当蓝宝石在生长时，晶体内含有钛离子(Ti3+)与铁离子(Fe3+)时，会使晶体呈现蓝色，而成为蓝色蓝宝石(Blue Sapphire)。当晶体内含有铬离子(Cr3+)时，会使晶体呈现红色，而成为红宝石(Ruby)。又当晶体内含有镍离子(Ni3+)时，会使晶体呈现黄色，而成为黄色蓝宝石。 表1所列为蓝宝石之特性表。蓝宝石晶体化学性质非常稳定，一般不溶于水
国内外蓝宝石市场现状及生长方法介绍
国内外蓝宝石市场现状及生长方法介绍 发布日期:2011-04-08来源:统计整理作者:网络阅读: 1032[ 字体选择：大中小 ] 蓝宝石市场前景广阔,但目前生产大尺寸蓝宝石晶体技术主要被俄罗斯和欧美企业垄断。据统计,目前全球70%的蓝宝石衬底由俄罗斯企业提供,另外30%由美国和欧洲掌控。国内尚未形成产业化生产的蓝宝石衬底片生产厂家。 蓝宝石是制作芯片的重要原料,占LED芯片原料费的10%。2010年第三季度后,全球蓝宝石产量居前两名的公司纷纷涨价,直接影响了LED芯片及封装价格上涨。 蓝宝石是指非红色的氧化铝（Al2O3）。含有杂质的蓝宝石很早以前就被作为宝石，由于其具有多种光学、机械、电气、热以及化学特性，因此还被广泛应用于工业等多种领域，而且应用范围仍在不断扩大之中。其中，能够合成制造出蓝宝石更是意义重大。蓝宝石的主要用途包括LED和LED底板。 LED市场在2010年经历了史无前例的发展。随着市场的发展，制造蓝色和白色GaN类LED时使用的蓝宝石底板的需求也大幅增长。对底板成品的需求由每月按2英寸换算（TIE)为100万（2009年12月）增加到了200万（2010年第四季度）。 2009年第四季度，蓝宝石的加工能力满足需求还有余力。也就是说，加工蓝宝石的企业还能应对当时的需求。但是，材料的供应能力在2009年年底就逐步达到了极限。生产蓝宝石材料的企业大部分都因为2009年的金融危机和一直持续到09年的巨大物价压力而陷入苦于资金周转的困境。另外，由于新设备的导入和运转通常需要半到一年的时间，2010年产能缓慢上升，因而无法适应需求的急剧增加。由此产生了严重的材料短缺，导致价格暴涨。 蓝宝石芯材（Core）和坯料（Blank）由商品变身为“战略性材料”，大量的蓝宝石生产商时隔数年又重新掌握了定价的主导权。而且，他们可以将价格设定为能够最大限度获取利润的水平。其结果是，蓝宝石晶圆的美国国内售价超出我们的预想，上涨到了30美元，现金交易市场上的价格更是超过了30美元。很多加工蓝宝石的企业和LED厂商为确保产能已经预付了货款，目的是防止生产线停工。 生产蓝宝石晶棒的工艺主要有泡生法(KY法、凯氏长晶法)、提拉法(C Z法、柴氏拉晶法)、温度梯度法(TGT法)等，其中泡生法为主流工艺，生产的蓝宝石晶体约占70%，钻取率约30%。 蓝宝石晶体原材料为氧化铝碎晶，生产利用率大于97%，已经完全国产化。蓝宝石单晶产品即为蓝宝石坯料，可直接出售，不合格品可直接作为原材料再次加工。其他消耗材料如钨钼材料、金刚石刀具、传感器、仪表等均国产化。预计由蓝宝石生产蓝宝石晶棒的原材料、耗材均可由国内充分供应，此环节的短板主要在于长晶炉依赖进口。 国内主要的蓝宝石晶体炉厂家都是高校研究机构，包括西安理工大学、哈尔滨工业大学以及重庆第二十六研究所等。但国内目前的生产技术只能生产2英寸以下的蓝宝石晶棒，长成的晶体与氮化镓(GaN)的晶格错位较大，无法用于LED的蓝宝石衬底领域，大多用于手表表面外壳等。 蓝宝石晶棒的供应商有美国的Rubicon、Honeywell，俄罗斯的Monocrystal、ATLAS，韩国STC 及国内合晶光电、越峰(台聚转投资)、尚志(大同转投资)及鑫晶钻(奇美、鸿海转投资)。
蓝宝石晶体介绍
蓝宝石介绍 蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成,其晶 体结构为六方晶格结构.它常被应用的 切面有A-Plane,C-Plane及R-Plane.由 于蓝宝石的光学穿透带很宽,从近紫外 光(190nm)到中红外线都具有很好的透 光性.因此被大量用在光学元件、红外装 置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上， 它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬 度、高透光性、熔点高（2045℃）等特 点，它是一种相当难加工的材料，因此 常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN 磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料. 2、蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种: 1:柴氏拉晶法(Czochralski method),简称CZ法.先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再利用一单晶晶种接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上因温度差而形成过冷。于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的单晶。晶种同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着晶种的向上拉升，熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶锭. 2:凯氏长晶法(Kyropoulos method),简称KY法,大陆称之为泡生法.其原理与柴氏拉晶法(Czochralskimethod)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种(SeedCrystal，又称籽晶棒)接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇. 蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶体加工而成.
蓝宝石基本知识
蓝宝石基本知识 1、蓝宝石介绍 蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成,其晶体结构为六方晶格结构.它常被应 用的切面有A-Plane,C-Plane及R-Plane.由于蓝宝石的光学穿 透带很宽,从近紫外光(190nm)到中红外线都具有很好的透光性. 因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及 光罩材料上，它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透 光性、熔点高（2045℃）等特点，它是一种相当难加工的材料，因此常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮度白/蓝光LE D的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN 磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料. 2、蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种: 1:柴氏拉晶法(Czochralski method),简称CZ法.先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再利用一单晶晶种接触到 熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上因温度差而形成过冷。 于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的单
晶。晶种同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着晶种的向上拉升，熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶锭. 2:凯氏长晶法(Kyropoulos method),简称KY法,大陆称之为泡生法.其原理与柴氏拉晶法(Czochralskimethod)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种(SeedC rystal，又称籽晶棒)接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇. 蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶体加工而成 广大外延片厂家使用的蓝宝石基片分为三种: 1:C-Plane蓝宝石基板 这是广大厂家普遍使用的供GaN生长的蓝宝石基板面.这主要是因为蓝宝石晶体沿C轴生长的工艺成熟、成本相对较低、物
蓝宝石晶体介绍
蓝宝石晶体介绍 1、蓝宝石晶体介绍 ' N- Q* y+ R5 P* C 蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成,其晶体结构为六方晶格结构.它常被应用的切面有A-Plane,C-Plane及R-Plane.由于蓝宝石的光学穿透带很宽,从近紫外光(190nm)到中红外线都具有很好的透光性.因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上，它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高（2045℃）等特点，它是一种相当难加工的材料，因此常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN 磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料.4 C% ?) j9 V0 |. W2 B% y5 w2 [ 0 H1 f' f9 h. z7 s 2、蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种: 2 c: c7 }" N: x0 H 3 ~ 1:柴氏拉晶法(Czochralski method),简称CZ法.先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再利用一单晶晶种接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上因温度差而形成过冷。于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的单晶。晶种同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着晶种的向上拉升，熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶锭. 2 p/ f1 ?8 x5 J0 {9 T3 @' k 2:凯氏长晶法(Kyropoulos method),简称KY法,大陆称之为泡生法.其原理与柴氏拉晶法(Czochralskime thod)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种(SeedCrystal，又称籽晶棒)接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇. . J+ K6 Y% m$ ~0 m 0 f4 c5 v, k. h- U2 O: ` c ; h- h6 w# N0 U+ l , N2 h5 J6 E# l' G7 k 蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶体加工而成# h5 `% W5 a! _1 I7 a( H [淘股吧] C7 _7 b( @+ f( C7 W n 广大外延片厂家使用的蓝宝石基片分为三种:, p, O, N* ^2 K# N2 M - O5 I2 h S2 q2 h6 ?: x 1:C-Plane蓝宝石基板5 c, H( p6 J0 @3 T 这是广大厂家普遍使用的供GaN生长的蓝宝石基板面.这主要是因为蓝宝石晶体沿C轴生长的工艺成熟、成本相对较低、物化性能稳定,在C面进行磊晶的技术成熟稳定. 3 i) D2 I) m6 C) [ " e0 m9 N, D) D5 a 2:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板 3 q0 P8 l! W7 U$ ~2 B1 ~2 s 主要用来生长非极性/半极性面GaN外延薄膜,以提高发光效率.通常在蓝宝石基板上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的，而c轴是GaN的极性轴，导致GaN基器件有源层量子阱中出现很强的内建电场，发光效率会因此降低，发展非极性面GaN外延，克服这一物理现象，使发光效率提高。 F. @. Y' u$ B. m+ K5 U+ E # }! k/ S- t$ v- O: e. B" V6 a 3:图案化蓝宝石基板(Pattern Sapphire Substrate简称PSS). E6 N: Y6
蓝宝石晶体
蓝宝石晶体 微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体及LED衬底材料研究报告(2010-11-01 11：26：30) 转载 标签：美国蓝宝石晶体热交换器碳化硅十年陈股香股票分类：潜龙出水钬 斺敌股池 微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体及LED衬底材料研究报告 一、行业背景：未来高亮度照明LED的市场将非常广阔 LED是发光二极管的简称(Light-Emitting-Diode)，是由化合物半导体材 料制成的发光器件。其发光的基本原理是利用LED内原天职离两真个电子和空*，在外加正向电压后相互结合时将电能转化成光能，能量以光的形式开释出来。LED是一种节能环保、寿命长和多用途的环保光源，其能耗仅为白炽灯的10%，荧光灯的50%。LED作为一种照明光源的普及将能能够明显降低电力消耗，减少二氧化碳排放。中国事世界上光电子技术研究发展速度最快的国家之一，随着 中国"国家半导体照明工程"的启动实施，目前中国的一些研究机构和企业大大 加快了产业化的步伐，美国、欧洲和日本等发达国家都积极支持LED产业的发展，出台产业支持政策。从"十一五"计划开始，我国政府将把半导体照明工程 作为一个重大工程进行推动。国内企业大多数从事LED下游的封装和应用，所 需芯片、关键设备和技术大部分得从境外进口。 手机背光源的普及推动全球LED产业快速发展；从2008年起，笔记本电脑屏幕和电视屏幕采用LED逐渐普及，是全球LED产业新的发展动力；未来高亮 度照明LED的市场非常广阔其中景观照明是最大的细分市场，背光源和显示屏 次之。 通过发光方式的转变，LED将电能直接转化为光能，能量转化效率大大高 于白炽灯和荧光灯。中国绿色照明工程促进项目办公室的专项调查显示，我国
蓝宝石晶体的生长方向研究
第35卷第2期 人 工 晶 体 学 报 Vol.35 No.2 2006年4月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS Ap ril,2006 蓝宝石晶体的生长方向研究 于旭东,孙广年 (浙江巨兴光学材料有限公司,衢州324004) 摘要:本实验采用提拉法,在中频感应加热单晶炉内,进行了不同生长方向蓝宝石晶体的生长工作,分别取[11220] 和[0001]生长的晶体c面(0001)的晶片。通过应力仪、显微观测和X射线衍射等方式对晶片的位错密度等微观缺 陷以及晶体结构进行了检测。实验表明:不同的生长方向生长得到的蓝宝石晶体的质量存在一定的差别,一般情 况下,[11220]方向生长的蓝宝石晶体质量优于[0001]方向生长的晶体。 关键词:提拉法;生长方向;位错密度;衍射;晶体结构 中图分类号:O78 文献标识码:A 文章编号:10002985X(2006)022******* Study on the Growth D i recti on of Sapph i re S i n gle Crysta l YU X u2dong,SUN Guang2nian (Zhejiang Juxing Op ticalMaterials Company,Quzhou324004,China) (Received15June2005) Abstract:A high quality sapphire with directi ons of[11220][a2axis]and[0001][c2axis]was gr own by CZ method.The disl ocati on density on the sliced c2p lane(0001)f or both gr owth directi ons was studied with X2ray diffracti on.A ll tests indicate that the quality of a s2gr own crystal is better than that of c2gr own crystal. Key words:CZ method;gr owth directi on;disl ocati on density;diffracti on;crystal structure 1 引 言 蓝宝石晶体(α2A l O3)是一种耐高温、耐磨损、抗腐蚀和透光波段宽的优质光功能材料,还是使用最广泛 2 的氧化物衬底(主要用作半导体衬底和大规模集成电路衬底)材料之一,可用于微电子2光电子技术、军事、航空航天、通信、医学等领域,有着广阔的应用前景。 X射线衍射晶体结构为六方晶胞。物理化学性质稳定,表现为各向异性。因此,不同方向所生长的晶体的质量可能会存在一定的差别。本实验正是从这一点出发,进行蓝宝石晶体生长方向的讨论。 通过采用不同方向的籽晶生长出高质量的蓝宝石单晶,并对晶体形貌及结构进行了相应的检测分析与讨论。 2 实验过程 2.1 原料 本实验采用高纯α2A l O3料粉,纯度≥99.999%。 2 2.2 晶体生长 采用DJL2600单晶炉,在Ir坩埚内生长蓝宝石晶体,采用818P精密控制系统控制整个工艺过程。 收稿日期:2005206215 作者简介:于旭东(19762),男,山东省人,学士,助工。E2mail:daniel yuee@hot m https://www.docsj.com/doc/401471417.html,