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)

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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

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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

照明用电每年在3000亿度以上，如由LED取代，可节省1/3的照明用电，相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。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。LED的使用寿命可达

10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。LED光源的微型化、快速响应、色彩丰富以及可数字化控制等特点使其拥有巨大的应用市场。

中国大陆已经成为世界上重要的中低端LED封装生产基地。根据中国光学

光电子协会统计，2006年我国LED的产值为140亿元，2008年应用市场规模达到540亿元，到2010年国内LED照明及其相关产业产值将超过1000亿元。国

内市场将保持30%以上的增长速度。其中高亮度LED器件增长率超过50%，高亮度芯片的增长速度超过100%。

LED未来最大的应用是普通照明。很多国家都在加紧立法，鼓励使用节能

型光源。欧盟、澳大利亚和美国分别将从2009、2010和2020年开始禁用白炽

灯泡。国际主要照明厂商和第三方咨询机构都猜测至2010年LED将广泛应用于室内照明。以LED占普通照明市场10%计，届时LED的普通照明市场的潜伏规

模将达250亿美元。以道路照明为例，大功率LED的发光效率已经达到60lm/w，城市路灯照明节能改造成为可能。目前，国家有关部分在进行了10万多盏路灯采用LED光源的改造试验，待试验完成后向全国推广。

二、LED衬底材料的选用

LED的生产过程包括单晶生长和外延生长、芯片制造和封装。一般将单晶

生长和外延生长视为这个产业的上游，芯片制造为中游，封装为下游。产业链

的上游具有技术和资本密集的特点，下游的进进门槛相对较低。单晶片与外延

片是LED的上游产品。以二元的III-V族化合物半导体材料如砷化镓(GaAs)或

磷化镓(GaP)等制造单晶棒，经切割研磨后制成单晶片，作为LED的基板。LED

基板的主要功能是承载静电放电发生器。

目前市面上一般有三种材料可作为衬底：

·蓝宝石(Al2O3)

·硅(Si)

·碳化硅(SiC)

蓝宝石(由日亚主张)和碳化硅(由Cree主张)基板是蓝光LED常用的两种基板。两者各有利弊，-蓝宝石基板的本钱较高，而且硬度较高不易切割，但在稳定性以及与晶格配合上优于碳化硅基板。

碳化硅衬底碳化硅衬底(美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底)的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向活动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。SiC单晶材料生长炉采用了大量控制设备。控制设备大体上可以分为真空设备、加温设备和运动设备。真空设备包括变频器、真空计、真空泵、智能控制仪表、真空控制器和密封设备等。真空计采集炉腔内的真空度，真空控制器根据真空度变化调节变频器频率，进而改变真空泵的运行频率，以保证炉腔内真空度的稳定。加温设备包括中频加热炉、中频电源、电流/电压传感器、可控硅和PID智能调节温控仪表等。温控仪表采集电流传感器的模拟量信号，根据电流值和设定值进行PID调节，输出给可控硅来调节中频电源的电压，进而保证炉内温度的稳定。但是相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造本钱较高，实现其贸易化还需要降低相应的本钱。

但由于蓝宝石电尽缘、透明、易导热、硬度高技术特点及上风，得到更广泛应用，作为集成电路的衬底材料，替换了高价氮化硅衬底而被广泛用于超高速微电子电路；是发光二极管(LED)衬底的首选材料，采用蓝宝石衬底材料制成的发光二极管，其光源无灯丝、工作电压低，使用寿命可达5万到10万小时。通常GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有很多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。

三、蓝宝石的工艺特性及应用领域

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、耐冲洗，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。

蓝宝石物理特性

晶系六方晶系

晶格常数(Å；)a=4.748 c=12.97

熔点(℃)2040

密度(g/cm3))

3.98

比热(cal/g℃)0.181

莫氏硬度9

热膨胀系数(/℃)5.8x10-6

介电常数13.2(⊥c方向)

11.4(∥c方向)

蓝宝石技术特点及上风

1)抗弯强度400Mpa，断裂韧性2.0MPa•；m1/2 2)硬度Hv 1800-2000 kg/cm2 3)0.2-7μm波段，透波率不小于80%

4)在1-10GHz微波波段，介电常数9-11.5，介电损耗tgδ0.0001 5)耐温1450℃蓝宝石是氧化铝的单晶形态，具有强度高、硬度高、耐高温、

耐磨擦、抗腐蚀能力强，光透性能、电尽缘性能优良等一系列特性。因此，作为重要的技术晶体材料，蓝宝石早已被广泛应用在耐高温高压器件、耐磨损

器件、特种窗口、红外制导、导弹整流罩等国防、军事、科研高科技领域。

从目前可见一段时间，蓝宝石基片是当前蓝、紫、白光二极管(LED)和蓝光激光器(LD)产业的首选基片，是制造半导体蓝色发光二极管的关键性材料，广

泛应用于移动电源节能发光体，目前整个国际市场需求量较大，由于技术较为

先进，加工工艺较难，目前世界上产业化生产的规模及能力均满足不了市场需求。据了解，目前世界仅有俄罗斯、日本、美国等国家实现了产业化生产。蓝

宝石基片也仅只是半导体照明产业链中的上游环节，用蓝宝石基片制成的蓝光

激光器(LD)在光纤通讯、光电探测、数据存储及激光高速印刷等领域大显身手，发展迅速。目前太阳能最常用也是最成功的制成技术,是采用热分解SiH4气体

的气相沈积法，在蓝宝石上沈积得到单晶矽薄膜,拜研究IC业界努力之赐,单晶薄膜太阳能电池搭此便车,将会加快商品化,及早问世。

综上，蓝宝石下游用户应用较广泛的领域有：

1、高亮半导体普及照明、景观照明、高端汽车照明。

2、手机背光源、笔记本电脑屏幕、电视屏幕。

3、航空航天器整流罩、精密光学窗口。

4、航海器高级窗口、高级腕表表镜。

5、硅薄膜太阳能电池衬底。

四、微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体

低本钱、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外形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、低本钱发展需求。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、本钱高。

泡生法(Kyropoulos)是Kyropoulos于1926年首先提出并用于晶体的生长。该方法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。该方法主要特点：(1)在整个晶体生长过程中，晶体不被提出

坩埚，仍处于热区。这样就可以精确控制它的冷却速度，减小热应力；(2)晶体生长时，固液界面处于熔体包围之中。这样熔体表面的温度扰动和机械扰动在

到达固液界面以前可静电放电发生器被熔体减小以致消除；(3)选用软水作为热交换器内的工作流体，相对于利用氦气作冷却剂的热交换法可以有效降低本钱；

(4)晶体生长过程中存在晶体的移动和转动，轻易受到机械振动影响。泡生法主要在俄罗斯得到广泛的应用和发展，俄罗斯的ATLAS公司利用该方法对直径为

D50mm、D100 mm和D150mm的光学级蓝宝石晶棒已实现了产业化生产。

Ikal-220型晶体生长炉

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。晶体直径可以生长到比坩

锅内径小10~30mm的尺寸。籽晶被加工成劈形，利用籽晶夹固定在热交换器底部。热交换器可以完成籽晶的固定、晶体的转动和提拉，以及热交换器、晶体

和熔体之间热量的交换作用。加热体、冷却系统和热防护系统协同作用，为晶

体生长提供一个均匀、稳定、可控的温场。根据晶体生长所处的引晶、放肩、

等径和退火及冷却阶段的特点，通过调节热交换器中工作流体的温度、流量，

加热温度(加热体所能提供的坩埚外壁环境温度)可以精确控制晶体/熔体中温度梯度，热量传输，完成晶体生长。该方法主要特点：(1)通过冷心放肩，保证了

大尺寸晶体生长，整个结晶过程晶向遗传特性良好，晶体品质优良；(2)通过高精度的能量控制配合微量提拉，使得在整个晶体生长过程中无明显的热扰动，缺陷可能萌生的几率较其它方法明显降低；(3)由于只是微量提拉，减少了温场扰动，使温场更均匀，从而保证了晶体生长的成品率；(4)在整个晶体生长过程中，晶体不被提出坩埚，仍处于热区。可以精确控制它的冷却速度，减少热应力；(5)适合生长大尺寸晶体，材料综合利用率是泡生法的1.2倍以上；(6)选用水作为热交换器内的工作流体，晶体可以实现原位退火，较其它方法能够缩短试验周期、降低本钱。

(7)在晶体生长过程中，可以方便的观察晶体的生长情况；(8)晶体在自由液面生长，不受坩埚的强制作用，可降低晶体的应力；(9)可以方便的使用所需取向籽晶和"缩颈"工艺，有助于以比较快的速率生长较高质量的晶体，晶体完整性较好。

为了保证晶体能够稳定地生长，热场设计必须要具有适当的轴向和径向温度梯度，即保证适当的相变过冷度和热量输运条件。温度梯度的存在必然会使晶体内部产生热应力，假如热应力值超过晶体材料的临界应力，位错将成核、增殖和延伸。)渗透力作用下的位错成核与增殖：在高温下蓝宝石晶体的空位浓度很高，随着温度的下降，点缺陷的平衡浓度按指数律迅速下降。假如晶体中没有足够的点缺陷尾闾，或是降温速率太快，就在晶体内形成过饱和点空位。过饱和的点空位有聚集成片以降低系统吉布斯自由能的趋势。当晶体中的空位片足够大时，两边晶体塌陷下来，在四周形成位错环。微提拉旋转泡生法法生长大尺寸蓝宝石晶体过程中，固液界面浸没于熔体之中，各晶面受到的约束比较松弛，外界的稍微热波动或机械波动都会引起结晶过程中原子的错误排列，造成晶格畸变，形成位错源，因此设备工艺上一定要减低震动。

微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体，生长的蓝宝石晶体中杂质原子的主要来源有两方面：(1)不纯的原材料：在选用熔焰法生长的碎晶作为原料时，由于原料内含有Mn、Cr、Ti等杂质原子，晶体略显淡红色。(2)环境污染：晶体生长炉内采用的钼坩埚、钼隔热屏、钨加热体，在高温下将挥发出钼和钨原子。晶体中存在氧空位(F、F+、F2+)以及Mn4+、Cr3+、Ti4+等杂质离子。另外，由于在晶体生长过程中固液界面一直浸没于熔体液面下，晶体凸界面生长具有的排杂效应使晶体底部杂质浓度偏大。

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，主要由能量供给与控制系统、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，经转动直线导轨导向，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过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。采用精密编织的钨电极棒电阻加热，其具有方法简单，轻易控制的特点。在热防护系统方面，采用钼套筒外包氧化铝泡沫保温隔热层设计。该设计具有保温罩防辐射性能好，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。

大规格蓝宝石晶体

室内设计精要(2010-12-18 21：55：14)

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

蓝宝石行业报告记录

蓝宝石行业报告记录

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蓝宝石行业调研报告

目录 第一章蓝宝石行业概况 1 一、蓝宝石定义\分类\特性\应用领域 1 二、蓝宝石行业特点分析 3 1.产业进入门槛较高，产业反展基础较弱 3 2.产业分布范围较大，区位因素影响较小 3 第二章蓝宝石行业技术发展分析 4 蓝宝石单晶的主要长晶方法介绍 4 1.泡生法 4 2.柴氏拉晶法 6 3.焰熔法 7 4.区融法 7 二、蓝宝石单晶生长工艺流程图 8 三、主要生产设备生长炉 9 第三章蓝宝石行业市场分析 10 蓝宝石LED市场消费分析 10 蓝宝石衬底行情 10 蓝宝石基板、晶棒行情 11 二、蓝宝石非LED市场消费分析（蓝宝石屏幕） 13 第四章蓝宝石产业链的运行情况 15 一、蓝宝石基板：具有优势性的LED最上游原料 15 下游需求增加，撬动了蓝宝石产品需求的急速增长 16 三、蓝宝石屏幕，奢华市场潜力巨大 16 第五章国内蓝宝石厂商近期运营概况 17 一、东晶电子 17 二、天通股份 17 三、大族激光 17 四、天龙光电 18 五、晶盛机电 18 六、水晶光电 18 七、同方国芯 18 第六章蓝思蓝宝石晶棒供应商分析 19 一、蓝思蓝宝石晶棒供应商归纳与分析 19 1.Rubicon Technology Inc 19 2哈尔滨秋冠光电科技有限公司 19 3.重庆四联光电科技有限公司 20

第一章蓝宝石行业概况 一、蓝宝石定义\分类\特性\应用领域 蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(α-Al2O3)的单晶，又称为刚玉。就颜色而言，单纯的氧化铝结晶呈现透明无色；在自然界中，当蓝宝石生长时，晶体内含有钛离子与铁离子时，会使晶体呈现蓝色，而成为蓝色蓝宝石。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，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。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。目前，低成本、高质量的大尺寸蓝宝石单晶具有越来越大的市场需求。 图表1 蓝宝石单晶 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

蓝宝石应力

蓝宝石应力 1. 概述 在晶体生长过程中晶体内存在的应力将引起应变，当应变超过了晶体材料本身塑性形变的屈服极限时，晶体将发生开裂。一般来说，根据晶体内应力的形成原因，可将其分为三类：热应力，化学应力和结构应力。 1.1热应力 蓝宝石晶体在从结晶温度冷却至室温过程中并不发生相结构的转变，因此，晶体内应力主要是由温度梯度引起的热应力。晶体热应力正比于晶体内的温度梯度、晶体热膨胀系数及晶体直径。最大热应力总是出现在籽晶与新生晶体的界面区域，较大热应力一般出现在结晶界面、放肩、收尾及直径发生突变的部位，在等径部位热应力相对较小。 1.2结构应力 由特定材料构建成的一个功能性物体叫做结构，在结构的材料内部纤维受到结构自身重力或者外界作用力下，纤维会产生变形，这种变形的能量来自于材料所受的应力，这种应力就叫结构应力。 2. 产生因素 晶体全开裂主要与晶体的生长速率和冷却速率有关，生长速率或冷却速率过快，必将使晶体整体的热应力过大。当热应力值超过屈服应力时，裂纹大量萌生，不断扩展，相互交织造成晶体整体碎裂，具有此种裂纹的晶体已失去使用价值，应当严格避免。通过相关理论分析和多次实验证明，采用匀速的降温程序，降温速率控制在1.5～3.0 K／h的范围

内，晶体生长速率为1.0～5.0 mm／h；依据蓝宝石晶体退火工艺，晶体强度与温度的变化关系，在10～30 K／h范围内设计晶体的冷却程序，完成晶体的退火和冷却。此晶体生长速率及冷却程序，可使晶体的整体碎裂得到有效控制。 在晶体生长中时常发现在晶体的引晶、放肩及晶体直径突变等部位发生裂纹萌生，并沿特定的晶面扩展。具有该种裂纹的晶体虽然仍可利用，但会使器件的尺寸受到一定的限制，降低晶体坯料的利用率，故应尽力避免。 此种裂纹的形成与泡生法晶体生长控制工艺密切相关。在晶体生长的引晶和放肩阶段主要是通过调节热交换器的散热能力来控制晶体生长，在籽晶和新生晶体的界面区域，受热交换器工作流体温度的影响较显著，温度梯度较大。同时，在此阶段需不断的调整晶体的生长 状态，造成此位置晶体外形不规则以及较高的缺陷浓度等都极易引起应力集中，裂纹萌生的机率也相对较大。在后续实验中，本实验室采用加长籽晶杆长度，增加温度梯度过渡区长度和恒定热交换器工作流体温度等措施来控制该区域的裂纹萌生，并取得了较好的效果。 3. 检测方法 检测工具为应力仪。 台式应力仪：S-18应力测试仪应用范围广泛。该仪器可以从水平或垂直角度，对玻璃和塑料配件进行检测，大多运用于品控。S-18有足够大的使用空间供各种产品进行测量。测量过程中，主要通过手持被测物体在偏光下进行观察测量。 标准配置的S-18包括一个光源，一个装有四分之一波盘的分析器和另一个装有四分之一波盘的偏光装置。S-18应力仪中已经置入了一块全波盘。 S-18应力测试仪使用时要垂直放置。机身上有2对橡胶脚垫减震器，便于从水平或垂直方向操作。 应力仪功能的优越点 应力仪是一种无损检测应力情况的机器，便于人们在生产国产中更直观的判别样品的应力情况。做好分析应力的情况，更好的改进生产工艺，做出更好的产品。 应力仪的操作简便易学，机器性能一般可以稳定维持3-5年。

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

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

蓝宝石介绍

蓝宝石介绍 常用晶体生长方法: Czochralski Method (柴氏拉晶法，又称为提拉法)：Pull from the melt. Kyropoulos Method (凯氏长晶法，又称为泡生法): Dip and turn. 温度梯度法(TGT法) EFG Method (导模法，Edge Defined Film-fed Growth): Pull through die. 热交换法(Heat Exchange Method，HEM)

垂直水平温度梯度冷却法(Vertical Horiaontal Gradient Freezing，VHGF): 韩国Sapphire Technology Company (STC)技术。 ES2-GSA长晶法：美国Rubicon Technology Inc.技术。 由于钨钼具有耐高温、低污染等特性，被广泛用来做蓝宝石长晶炉的热场部件，包括钨坩埚/钼坩埚、发热体、钨筒、隔热屏、支撑、底座、籽晶杆、坩埚盖等。发热体 采用鸟笼结构钨发热体或者钨网发热体，有利于提供均匀稳定的温场。 化学式 Al2O3 相对分子质量 101.96 性状 白色结晶性粉末。无臭。无味。质极硬。易吸潮而不潮解。溶于浓硫酸，缓慢溶于碱液 中形成氢氧化物，几乎不溶于水及非极性有机溶剂。相对密度(d204)4.0。熔点约2000℃。 用途 1. 红宝石、蓝宝石的主成份皆为氧化铝，因为其它杂质而呈现不同的色泽。红宝石含有 氧化铬而呈红色，蓝宝石则含有氧化铁和氧化钛而呈蓝色。 2. 在铝矿的主成份铁铝氧 石中，氧化铝的含量最高。工业上，铁铝氧石经由Bayer process纯化为氧化铝，再由 Hall-Heroult process转变为铝金属。 3. 氧化铝是金属铝在空气中不易被腐蚀的原因。 纯净的金属铝极易与空气中的氧气反应，生成一层致密的氧化铝薄膜覆盖在暴露于空气中铝 表面。这层氧化铝薄膜能防止铝被继续氧化。这层氧化物薄膜的厚度和性质都能通过一种称 为阳极处理（阳极防腐）的处理过程得到加强。 4. 铝为电和热的良导体。铝的晶体形 态因为硬度高，适合用作研磨材料及切割工具。 5. 氧化铝粉末常用作色层分析的媒介 物。 6. 2004年8月，在美国3M公司任职的科学家开发出以铝及稀土元素化合成的合 金制造出称为transparent alumina的强化玻璃。资料：刚玉粉硬度大可用作磨料，抛 光粉，高温烧结的氧化铝，称人造刚玉或人造宝石，可制机械轴承或钟表中的钻石。氧化铝 也用作高温耐火材料，制耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石等，氧化铝也是炼铝的原料。煅烧 氢氧化铝可制得γ-Al2O3。γ-Al2O3具有强吸附力和催化活性，可做吸附剂和催化剂。刚玉 主要成分α-Al2O3。桶状或锥状的三方晶体。有玻璃光泽或金刚光泽。密度为3.9～4.1g/cm3， 硬度9，熔点2000±15℃。不溶于水，也不溶于酸和碱。耐高温。无色透明者称白玉，含微 量三价铬的显红色称红宝石；含二价铁、三价铁或四价钛的显蓝色称蓝宝石；含少量四氧化 三铁的显暗灰色、暗黑色称刚玉粉。可用做精密仪器的轴承，钟表的钻石、砂轮、抛光剂、 耐火材料和电的绝缘体。色彩艳丽的可做装饰用宝石。人造红宝石单晶可制激光器的材料。 除天然矿产外，可用氢氧焰熔化氢氧化铝制取。氧化铝化学式Al2O3，分子量101.96。 矾土的主要成分。白色粉末。具有不同晶型，常见的是α-Al2O3和γ-Al2O3。自然界中的刚 玉为α-Al2O3，六方紧密堆积晶体，α-Al2O3的熔点2015±15℃，密度3.965g/cm3，硬度

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。

蓝宝石行业报告

蓝宝石行业报告

蓝宝石行业调研报告

目录 第一章蓝宝石行业概况 1 一、蓝宝石定义\分类\特性\应用领域 1 二、蓝宝石行业特点分析 3 1.产业进入门槛较高，产业反展基础较弱 3 2.产业分布范围较大，区位因素影响较小 3 第二章蓝宝石行业技术发展分析 4 蓝宝石单晶的主要长晶方法介绍 4 1.泡生法 4 2.柴氏拉晶法 6 3.焰熔法 7 4.区融法 7 二、蓝宝石单晶生长工艺流程图 8 三、主要生产设备生长炉 9 第三章蓝宝石行业市场分析 10 蓝宝石LED市场消费分析 10 蓝宝石衬底行情 10 蓝宝石基板、晶棒行情 11 二、蓝宝石非LED市场消费分析（蓝宝石屏幕） 13 第四章蓝宝石产业链的运行情况 15 一、蓝宝石基板：具有优势性的LED最上游原料 15 下游需求增加，撬动了蓝宝石产品需求的急速增长 16 三、蓝宝石屏幕，奢华市场潜力巨大 16 第五章国内蓝宝石厂商近期运营概况 17 一、东晶电子 17 二、天通股份 17 三、大族激光 17 四、天龙光电 18 五、晶盛机电 18 六、水晶光电 18

七、同方国芯 18 第六章蓝思蓝宝石晶棒供应商分析 19 一、蓝思蓝宝石晶棒供应商归纳与分析 19 1.Rubicon Technology Inc 19 2哈尔滨秋冠光电科技有限公司 19 3.重庆四联光电科技有限公司 20

第一章蓝宝石行业概况 一、蓝宝石定义\分类\特性\应用领域 蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(α-Al2O3)的单晶，又称为刚玉。就颜色而言，单纯的氧化铝结晶呈现透明无色；在自然界中，当蓝宝石生长时，晶体内含有钛离子与铁离子时，会使晶体呈现蓝色，而成为蓝色蓝宝石。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，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。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。目前，低成本、高质量的大尺寸蓝宝石单晶具有越来越大的市场需求。 图表1 蓝宝石单晶

蓝宝石晶体是第三代半导体材料GaN外延层生长最好的衬底材料之一

蓝宝石晶体是第三代半导体材料GaN外延层生长最好的衬底材料之一，其单晶制备工艺成熟。 GaN为蓝光LED制作基材。 一、GaN外延层的衬底材料 1、SiC 与GaN晶格失配度小，只有3.4%，但其热膨胀系数与GaN差别较大，易导致GaN外延层断裂， 并制造成本高，为蓝宝石的10倍。 2、Si 成本低，与GaN晶格失配度大，达到17%，生长GaN比较难，与蓝宝石比较发光效率太低。 3、蓝宝石 晶体结构相同（六方对称的纤锌矿晶体结构），与GaN晶格失配度大，达到13%，易导致GaN 外延层高位错密度（108—109/cm2）。为此，在蓝宝石衬底上AlN或低温GaN外延层或SiO2层等，先进方法可使GaN外延层位错密度达到106/cm2水平。 二、蓝宝石、GaN的品质对光致发光的影响 蓝宝石单晶生长技术复杂，获得低杂质、低位错、低缺陷的单晶比较困难。蓝宝石单晶质量对GaN外延层的质量有直接的影响，其杂质和缺陷会影响GaN外延层质量，从而影响器件质量（发 光效率、漏电极、寿命等）。 蓝宝石单晶的位错密度一般为104/cm2数量级，它对GaN外延层位错密度（108—109/cm2）影 响不大。 三、蓝宝石衬底制作 主要包括粘片、粗磨、倒角、抛光、清洗等，将2英寸蓝宝石衬底由350—450μm（4英寸600μm 左右）减到小于100μm（4英寸要厚一些） 四、蓝宝石基板 市场上2英寸蓝宝石基板的主要技术参数： 高纯度—— 99.99%以上（4—5N） 晶向——主要是C面，C轴（0001）±0.3° 翘曲度——20μm 厚度——330μm—430μm±25μm 表面粗糙度—— Ra<0.3nm 背面粗糙度——Ra<1μm（不是很严格） yq_chu666 at 2010-7-06 08:53:02 这是美国公司的要求吧？ 如何降低翘曲、弯曲呀？ ljw.jump at 2010-7-06 16:41:37 国内做蓝宝石的厂家我知道有个不错的，在安徽吧 qw905 at 2010-7-06 18:26:50 还是哈工大与俄罗斯合作的泡生法-钻孔取棒最成功！ qw905 at 2010-7-06 18:29:06 一篇蓝宝石研发总结 藍寶石單晶生長技術研發Sapphire Crystal Instruction.pdf (2010-07-06 18:29:06, Size: 1.67 MB, Downloads: 28) HP-led at 2010-7-20 12:00:50 在云南，不过他去年不咋地，今年慢慢恢复生产

蓝宝石晶体材料项目可行性研究报告

蓝宝石晶体材料项目 可行性研究报告

索引 一、可行性研究报告定义及分类 (1) 二、可行性研究报告的内容和框架 (2) 三、可行性研究报告的作用及意义 (4) 四、蓝宝石晶体材料项目可行性研究报告大纲 (5) 五、项目可行性研究报告服务流程 (13) 六、智研咨询可行性研究报告优势 (15)

一、可行性研究报告定义及分类 项目可行性研究报告是投资经济活动（工业项目）决策前的一种科学判断行为。它是在事件没有发生之前的研究，是对事务未来发展的情况、可能遇到的问题和结果的估计。可行性研究报告对项目市场、技术、财务、工程、经济和环境等方面进行精确系统、完备无遗的分析，完成包括市场和销售、规模和产品、厂址、原辅料供应、工艺技术、设备选择、人员组织、实施计划、投资与成本、效益及风险等的计算、论证和评价，选定最佳方案，作为决策依据。项目可行性研究报告为决策者和主管机关审批的上报文件。 国家发展和改革委立项的可行性研究报告 可行性研究报告分类——按用途

二、可行性研究报告的内容和框架 1、项目投资预算、项目总体投资环境 对资源开发项目要深入研究确定资源的可利用量，资源的自然品质，资源的赋存条件和开发利用价值。 2、全面深入地进行市场分析、预测 全面深入地进行市场分析、预测。调查和预测拟建项目产品在国内、国际市场的供需情况和销售价格；研究产品的目标市场，分析市场占有率；研究确定市场，主要是产品竞争对手和自身竞争力的优势、劣势，以及产品的营销策略，并研究确定主要市场风险和风险程度。 3、深入进行项目建设方案设计。 包括：项目的建设规模与产品方案、工程选址、工艺技术方案和主要设备方案、主要材料辅助材料、环境影响问题、项目建成投产及生产经营的组织机构与人力资源配置、项目进度计划、所需投资进行详细估算、融资分析、财务分析等等。 4、项目总结 项目总结系统归纳，包括国民经济评价、社会评价、项目不确定性分析、风险分析、综合评价等等。

蓝宝石应力介绍

蓝宝石应力 1.概述 在晶体生长过程中晶体内存在的应力将引起应变，当应变超过了晶体材料本身塑性形变的屈服极限时，晶体将发生开裂。一般来说，根据晶体内应力的形成原因，可将其分为三类：热应力，化学应力和结构应力。 1.1热应力 蓝宝石晶体在从结晶温度冷却至室温过程中并不发生相结构的转变，因此，晶体内应力主要是由温度梯度引起的热应力。晶体热应力正比于晶体内的温度梯度、晶体热膨胀系数及晶体直径。最大热应力总是出现在籽晶与新生晶体的界面区域，较大热应力一般出现在结晶界面、放肩、收尾及直径发生突变的部位，在等径部位热应力相对较小。 1.2结构应力 由特定材料构建成的一个功能性物体叫做结构，在结构的材料内部纤维受到结构自身重力或者外界作用力下，纤维会产生变形，这种变形的能量来自于材料所受的应力，这种应力就叫结构应力。 2.产生因素 晶体全开裂主要与晶体的生长速率和冷却速率有关，生长速率或冷却速率过快，必将使晶体整体的热应力过大。当热应力值超过屈服应力时，裂纹大量萌生，不断扩展，相互交织造成晶体整体碎裂，具有此种裂纹的晶体已失去使用价值，应当严格避免。通过相关理论分析和多次实验证明，采用匀速的降温程序，降温速率控制在1.5～3.0 K／h的范围内，晶体生长速率为1.0～5.0 mm／h；依据蓝宝石晶体退火工艺，晶体强度与温度的变化关系，在10～30 K／h范围内设计晶体的冷却程序，完成晶体的退火和冷却。此晶体生长速率及冷却程序，可使晶体的整体碎裂得到有效控制。 在晶体生长中时常发现在晶体的引晶、放肩及晶体直径突变等部位发生裂纹萌生，并沿特定的晶面扩展。具有该种裂纹的晶体虽然仍可利用，但会使器件的尺寸受到一定的限制，降低晶体坯料的利用率，故应尽力避免。 此种裂纹的形成与泡生法晶体生长控制工艺密切相关。在晶体生长的引晶和放肩阶段主要是通过调节热交换器的散热能力来控制晶体生长，在籽晶和新生晶体的界面区域，受热交换器工作流体温度的影响较显著，温度梯度较大。同时，在此阶段需不断的调整晶体的生长

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