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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.

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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

_ T; ]$ ~8 A

以成长(Growth)或蚀刻(Etching)的方式,在蓝宝石基板上设计制作出纳米级特定规则的微结构图案藉以控制LED之输出光形式,并可同时减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷,改善磊晶质量,并提升L ED内部量子效率、增加光萃取效率。

! l5 X) j$ I) u' _/ G C-Plane蓝宝石基板是普遍使用的蓝宝石基板.1993年日本的赤崎勇教授与当时在日亚化学的中村修二博士等人,突破了InGaN 与蓝宝石基板晶格不匹配(缓冲层)、p 型材料活化等等问题后,终于在1993 年底日亚化学得以首先开发出蓝光LED.以后的几年里日亚化学以蓝宝石为基板,使用InGa N材料,通过MOCVD 技术并不断加以改进蓝宝石基板与磊晶技术,提高蓝光的发光效率,同时1997年开发出紫外LED,1999年蓝紫色LED样品开始出货,2001年开始提供白光LED。从而奠定了日亚化学在LED领域的先头地位.

# ~" S$ k: f2 u; t3 e6 V5 b 台湾紧紧跟随日本的LED技术,台湾LED的发展先是从日本购买外延片加工,进而买来MOCVD机台和蓝宝石基板来进行磊晶,之后台湾本土厂商又对蓝宝石晶体的生长和加工技术进行研究生产,通过自主研发,取得LED专利授权等方式从而实现蓝宝石晶体,基板,外延片的生产,外延片的加工等等自主的生产技术能力,一步一步奠定了台湾在LED上游业务中的重要地位.

+ s: I; p F- P 目前大部分的蓝光/绿光/白光LED产品都是以日本台湾为代表的使用蓝宝石基板进行MO CVD磊晶生产的产品.使得蓝宝石基板有很大的普遍性,以美国Cree公司使用SiC为基板为代表的LED产品则跟随其后

u, _, l' L$ L$ ?2 O) B' X" @ 以蚀刻(在蓝宝石C面干式蚀刻/湿式蚀刻)的方式,在蓝宝石基板上设计制作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案,藉以控制LED之输出光形式(蓝宝石基板上的凹击图案会产生光散射或折射的效果增加光的取出率),同时GaN薄膜成长于图案化蓝宝石基板上会产生横向磊晶的效果,减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷,改善磊晶质量,并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。与成长于一般蓝宝石基板的LED相比,亮度增加了70%以上.目前台湾生产图案化蓝宝石有中美矽晶、合晶、兆晶,兆达.蓝宝石基板中2/4英寸是成熟产品,价格逐渐稳定,而大尺寸(如6/8英寸)的普通蓝宝石基板与2英寸图案化蓝宝石基板处于成长期,价格也较高,其生产商也是主推大尺寸与图案化蓝宝石基板,同时也积极增加产能.目前大陆还没有厂家能生产出图案化蓝宝石基板.; _+ g! R# c! L: L' a. T3 U( w

通常,C面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜是沿着其极性轴即c轴方向生长的,薄膜具有自发极化和压电极化效应,导致薄膜内部(有源层量子阱)产生强大的内建电场,(Quantum Confine Stark Effect, QCSE;史坦克效应)大大地降低了GaN薄膜的发光效率. 在一些非C面蓝宝石衬底(如R面或M 面)和其他一些特殊衬底(如铝酸锂;LiAlO2 )上生长的GaN薄膜是非极性和半极性的,上述由极化场引起的在发光器件中产生的负面效应将得到部分甚至完全的改善.传统三五族氮化物半导体均成长在c-plane 蓝宝石基板上,若把这类化合物成长于R-plane 或M-Plane上,可使产生的内建电场帄行于磊晶层,以增加电子电洞对复合的机率。因此,以氮化物磊晶薄膜为主的LED结构成长R-plane 或M-Plane蓝宝石基板上,相比于传统的C面蓝宝石磊晶,将可有效解决LED内部量子效率效率低落之问题,并增加元件的发光强度。最新消息据称非极性LED能使白光的发光效率提高两倍.) n# n u }- Q$ C* }! G% L

由于无极性GaN具有比传统c轴GaN更具有潜力来制作高效率元件,而许多国际大厂与研究单位都加大了对此类磊晶技术的研究与生产.因此对于R-plane 或M-Plane 蓝宝石基板的需求与要求也是相应地增加$ q- g9 F* i- J- }4 H' W9 U 外延片厂家因为技术及工艺的不同,对蓝宝石基板的要求也不同,比如厚度,晶向等.6 j0 z; k! `# F. \. W; z

下面列出几个厂家生产的蓝宝石基板的一些基础技术参数(以成熟的C面2英寸蓝宝石基板为例子).更多的则是外延片厂家根据自身的技术特点以及所生产的外延片质量要求来向蓝宝石基板厂家定制合乎自身使用要求

的蓝宝石基板.即客户定制化.! J# o9 c- M( B8 c) \5 u/ n

分别为:A:台湾桃园兆晶科技股份有限公司

2 X5 e5 j) ?* U* o

3 y$ y8 c" N B:台湾新竹中美矽晶制品制品股份有限公司; I( h5 u) P9 j1 R* a5 q9 M, m

C:美国Crystal systems 公司

# R# ?4 S$ o l. n D:俄罗斯Cradley Crystals公司# I9 a5 ^8 J0 ?: E; F: {

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9 X2 j6 G" z* i# Y

- c5 F8 c% i6 o5 b- @ Q5 V蓝宝石( -Al2O3)又称白宝石,是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料。其结构中的氧原子以接近HCP(hexagonal closed packed)的方式排列,其中氧原子间的八面体配位约有2/3的空隙是由铝原子所填充,由此使它具有强度、硬度高(莫氏硬度9),耐高温(熔点达2050℃)、耐磨擦、耐腐蚀能力强,化学性质稳定,一般不溶于水,不受酸腐蚀,只有在高温下(3000C以上)才能为氢氟酸(HF)、磷酸(H 2PO4)以及熔化的苛性钾(KOH)所侵蚀;且具有同氮化镓等半导体材料结合匹配性好、光透性能、电绝缘性能优良等一系列特性。7 S4 g1 Q M8 x2 M

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: A; F7 S' ?) f6 h' }1 e 蓝宝石单晶首先是作为红外窗口材料而提出。因其具有优良的光学、机械、化学和电性能,特别是具有中波红外透过率高等特性,从0.190μm至5.5μm波段均具有很高的光学透过率,因此被广泛用作微波电子管介质材料,超声波传导元件,延迟线,波导激光器腔体及精密仪器轴承,天帄刀口等光学元件以及红外军事装置、空间飞行器、高强度激光器的窗口材料。以白宝石单晶片为绝缘衬底材料的SOS 器件则具有高集成度、高速度、低功耗和抗辐射能力强等优点。近年来民用手表的表面大量使用白蓝宝石,其特点是光洁度高、硬度高、耐磨损。表1给出了蓝宝石单晶的基本性能。. F) d+ e a) v/ W3 |# t K 表1 蓝宝石单晶材料基本性能

$ ~. l1 v7 U ]% M0 b2 D( P 晶体性能

- g. ~ _- a5 \# \/ I4 K( n) k; n$ [ 化学式 -Al2O3

7 |$ C6 b2 w$ s- S+ p }* e 式量101.9612

; e' j F1 O$ _6 D% ?+ l+ W: P! \ 晶系六方晶系

( s+ s! e+ N( l4 y6 [( A: n; w8 P 晶格常数及方向a=4.758?(0001),c=12.991?

' P$ M' B+ n( N5 g/ q. y 空间群R3c- }9 Y! ~* s! s; k1 P# Y

单位晶胞中的分子数2

; T. T: w0 K J) A6 b% H7 |. | 光学性能+ }3 g3 K( p5 O

透过波段/ m 0.14-6% d7 E* g, A, ~" ?* m

折射系数n 3 m 1.713, |( l1 y( j8 Y(|6 e# _ T

4 m 1.677

- ~$ c/ L) v+ W9 a$ G 5 m 1.627

: D9 z$ T2 j: ?5 I( i 吸收系数 3 m 0.0006

$ P" J- K4 _5 x8 |' L0 f 4 m 0.055

g Y$ Z, W* k& H' ] 5 m 0.925 G, w A$ ^9 Q. f7 a' Y! q, g

毫米波特性2 Y( [2 }1 x1 \2 P; ]" B y

折射系数n 34GHz 3.0568

1 ]4 X! m0 d0 i

2 F! D 94GHZ 3.0568' n5 N# u! t, ^: @

吸收系数 34GHz 0.009/ U/ U6 X7 m, T

94GHZ 0.029

- K: {4 H3 Z+ w a' ]" {) y# F 损耗角正切tg 34GHz 0.0004 d) m' _/ N) Z5 h4 j8 D4 u

94GHZ 0.0005

9 S2 d ?: a* o. k; |4 ] 机械和热学性能

" W2 r% r7 g* H6 y* H- s ^' x6 w" o 密度/g/cm3 3.98" L, q( B2 i) v/ Y( ?6 O1 R5 ~ 硬度/kg.mm-2 2200

% [1 B; u( \, l. t- D3 r4 L7 d 熔点/℃2053

% t e4 z7 Z5 S9 O 沸点/℃2980

+ Q) g! A1 B4 ?! } 断裂韧性/MPa.m1/2 2.0

: P+ G# I( y) R3 C2 o( f% F 断裂强度/MPa 400 f4 D$ R. B( p' I! d' _& k

杨氏模量/GPa 380

2 D! ^( U, ]- L4 Q 热导率/W.m-1.K-1 24, I- x8 V y+ \$ G

3 M7 g$ T

热膨胀系数/10-6.℃-1 8.8' u) H+ r9 i4 E0 B4 r; K

比热(J/g) 0.782

/ e" K$ w0 T, W* j, J. e5 j1 k 热容(J/mol.K) 77, k! h. C6 o4 k J% j- O5 E! i/ |% l 泊松比0.27-0.29

7 n: }/ w( I- w/ K6 k$ ? 抗热冲击品质因子2.10

q4 J* T: g4 | 电阻率( .cm) 1014

# I2 e' @8 H, i3 ] e S, L3 B 蓝宝石单晶作为一种优良透波材料,在紫外、可见光、红外波段、微波都具有良好的透过率,可以满足多模式复合制导(电视、红外成像、雷达等)的要求,在军事工业等领域被用作窗口材料及整流罩部件,在光电通讯领域作为重要的窗口材料使用。

5 I Y% @& F& {& s2 o5 n L 蓝宝石材料可以生长制备大尺寸的单晶,其内部缺陷很少,没有晶界、孔隙等散射源,强度的损失很小,透波率很高,是目前透波部件的首选材料;此外,由于蓝宝石电绝缘、透明、易导热、硬度高,因此可以用来作为集成电路的衬底材料,可广泛用于发光二极管(LED)及微电子电路,从而替代高价的氮化硅衬底,制作超高速集成电路;可以做成光学传感器以及其它一些光学通信和光波导器件。如高温高压或真空容器的观察窗、液晶显示投影仪的散热板、有害气体检测仪和火灾监测仪的窗口、光纤通讯接头盒等。

( h/ Z$ c6 b* l; q# G4 ~- B: t/ ], k 蓝宝石单晶制备的研究开始于19世纪末,1904年,法国人用熔焰法最先获得了较大尺寸的蓝宝石晶体,经过近百年的发展,制备蓝宝石单晶的技术日趋完善。目前已有提拉法(Czochrolski)、熔焰法(Vernuil)坩锅移动法(Bridgman-Stockbarger)、温度梯度法(TGT)、导模法(E FG)、热交换法(HEM)、水帄定向凝固法(GHK)、泡生法(GOI)等多种制备方法,而适于生长大尺寸蓝宝石单晶的技术主要有:热交换法、水帄定向凝固法、泡生法及温度梯度法、及本项目所采用的冷心放肩微量提拉法等。/ Y+ ^; ~1 R6 P# x1 }3 a J( X

1993年,俄罗斯的S.I.Vavilov State Optical Institute研究所报道了采用GOI法合成φ300mm的蓝宝石晶体。乌克兰的单晶研究所(Institute for Single Crystal)采用定向凝固法制备了大尺寸板状晶体350×200×35mm,该工艺采用保护性气氛代替了晶体生长时的高真空环境,并且用廉价的碳材料代替热交换器用的昂贵金属材料,极大的降低了生产成本。

5 C

6 t( v; g+ H! H, v 我国在大尺寸蓝宝石单晶的合成方面与国外有较大的差距,尤其在蓝宝石晶体的

生长技术、生长装备及加工技术方面,至今不少单位仍然使用较为传统的提拉法、熔焰法生长氧化物单晶材料,由于机械传动过程中震动很大,电器自动控制精度低,温度场设计不合理等问题,很难满足晶体生长的基本条件。制备的晶体质量、成本很难满足使用要求,成为困扰相关产业发展的技术难题。我国在蓝宝石晶体材料的加工技术方面和国际先进水帄存在明显差距,主要是晶体材料利用率低、加工表面质量差、表面损伤层大、加工后衬底材料定向精度难以满足使用要求,国内规模化生产LED用高品质蓝宝石衬底材料目前尚属空白。( n* j: c$ K7 k( s0 Z" |1 A

国内在九十年代后期,针对大尺寸蓝宝石单晶体的生长技术取得了一定的进展,中国科学院上海光学精密机械研究所采用导向温梯法(与热交换法类似),生长出国内最大尺寸的φ120mm×80mm蓝宝石晶体,用于国家“氧碘强激光工程”窗口材料,这是目前为止我国的最好水帄;1999年四川师范大学固体物理所采用提拉法生长出了直径大于φ40mm的蓝宝石单晶;2000年北京人工晶体研究所采用坩埚下降法生长φ80×90mm蓝宝石单晶。

- i e h5 j! q) O 我国蓝宝石晶体的产业化属起步阶段,目前主要产品为中低档产品,如用火焰法和提拉法制备直径范围在80mm以下的蓝宝石晶体,晶体质量只有少部分能达到光学级水帄,如:云南玉溪蓝晶晶体有限公司、南京恒炼蓝宝石表面有限公司、大连淡宁光电技术有限公司等企业;上海光学精密机械研究所导向温梯法的产业化工作尚在起步阶段,据报道能加工制造5英寸(125mm)以下的蓝宝石晶体,由于受生长方向的限制,可加工基片直径尺寸小于100mm,材料利用率较低。

) Q+ X3 g. ?* t* i$ q' b4 k* D 在国际上能够通过产业化生产制造直径超过150mm大尺寸蓝宝石晶体的国家只有美国和前苏联,有代表性的公司有:俄罗斯的Atlas公司、Monocrystal公司和Tydex等公司,生长出晶体尺寸最大为300mm,工艺方法为泡生法;美国的Crystal System Inc.是世界上最高水帄的晶体制造公司,可生产φ300mm的大尺寸蓝宝石单晶体,采用的工艺方法为热交换法,其工艺成本较高。

. D6 X* q/ w- T7 P* U 我国晶体生长有悠久的历史,但现代人工晶体的系统研发起步较晚。经近半个世纪的发展,已可生产制备直径150mm的蓝宝石晶体,由一个基本上是空白的领域上升到在国际上占有一席之地,来之不易。我国在晶体材料方面取得了大量研究成果,但大尺寸蓝宝石晶体材料的生长技术,高利用率、低成本的晶体材料成型及机械加工技术开发应用尚处于研制水帄较低阶段,对大多需求很难提供配套,更谈不上批量生产,难以满足供货量和货期的要求;大大的制约了相关领域的发展。* z' t% n/ W* p7 L 高品质、低成本的晶体材料生长技术是世界各国关注的难点和重点。从目前的技术水帄来看,国际上能够产业化制造直径大于Φ200以上高品质蓝宝石衬底材料的只有俄罗斯、美国等三家公司,由于蓝宝石材料有着较强的军工应用背景需求,因此各国均将该项技术列为高度机密内容,相关研究报道仅仅局限在工艺角度,针对蓝宝石的特点和用途开发的专用设备及与之相配套的成型及机械加工技术的报道仅仅限于原理角度,我国在该方面的研究属刚刚起步,在基础理论、工艺、设备选配等方面的基础和经验几乎为零。

4 |( E7 h. H/ c9 v% A8 x8 k2 F A 目前国内现有的用于蓝宝石晶体生长设备,是基于传统方法和技术开发建设的实验室级产品,无论从晶体质量、成本、工艺控制精度、工艺重现性、晶体尺寸、生产效率等方面均难以满足产业化的需求。

_. {/ z9 s" ~5 E" `2 C 从工艺角度,大尺寸蓝宝石晶体生长周期长,工艺复杂。原材料纯度、处理状态、制备工艺参数等对晶体质量影响较大,需要针对不同工艺参数生长出晶体进行详细的性能测试和微观组织结构分析,在此基础上给出进一步改进的工艺参数和技术措施,才能开始下一轮次的晶体生长,达到不断优化工艺,获得高质量晶体材料的目的。然而大尺寸蓝宝石晶体生长周期大大拖延了研究周期。

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4 E' L' g$ S- r* Z 蓝宝石晶体的硬度仅次于金刚石、为莫氏硬度9级,由于其脆性较大,很难加工,对于航空航天光电窗口而言,除了要求其表面光洁度较高(Ralt;0.3nm)外,关键要求其晶面轴线的方向必须与C轴沿M轴方向的偏差<0.2度,对定向精度要求极高,目前国际上产业化规模较大的企业

采用的是高精度定向设备,配合相应的加工技术如:高速研磨、化学机械抛光、腐蚀研磨等技术,国内在蓝宝石材料的高利用率、低成本加工技术方面尚属刚刚起步,无成功经验可以借鉴,是困扰我国蓝宝石材料技术发展的技术难题和瓶颈。

3 c% U% E ?9 p* c" }9 W9 b9 U% e/ P) X8 V

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2 n% [9 ` \- n 困扰我国航空航天用高品质蓝宝石窗口部件产业化的主要问题集中在以下几个方面:

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3 F$ w( {3 q8 m* N1 ~ 技术及装备落后。与美国、俄罗斯、乌克兰等国相比,我国用来生长晶体的单晶炉大多技术原理方法落后,设备自动化程度低,晶体尺寸小,质量难以达到光学级水帄,材料利用率低,成本高。产品市场竞争力弱。

7 y9 V0 `; l8 c3 m% \ 蓝宝石材料的低成本、高利用率成型及机械加工是技术瓶颈。蓝宝石材料硬度高、脆性大,半导体衬底材料加工需要定向精度在0.2度以内,并且晶轴的偏转方向是固定的,国内传统的蓝宝石加工技术是采用切割后再滚圆,很难达到国际标准要求的定向、表面损伤层厚度的要求,目前国内的小批量加工技术问题较多,产品质量稳定性、一致性差,并且质量检验标准与国际公认标准有明显距离,产能、技术保障等的局限难以争取长久的大用户。

/ S; i+ Z5 ] \3 p9 J" @6 ` 成果转化及规模生产不足。我国在晶体材料方面虽取得了一定的研究成果,但这些成果大多只能提供样品,不能批量生产,难以创造更高经济效益。即使能够批量生产的产品,但加工尺寸及精度与国外相比均有较大差距,规模化生产不足,对来自国内外的大订单,一般难以满足供货量和货期的要求。* x4 [. r6 Y8 q# P1 i

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困扰我国航空航天用高品质蓝宝石窗口部件产业化的主要问题集中在以下几个方面:

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M0 Y& [6 @, n+ h. [, p2 d% p 技术及装备落后。与美国、俄罗斯、乌克兰等国相比,我国用来生长晶体的单晶炉大多技术原理方法落后,设备自动化程度低,晶体尺寸小,质量难以达到光学级水帄,材料利用率低,成本高。产品市场竞争力弱。1 S C% `3 F4 M% G' ^ k

蓝宝石材料的低成本、高利用率成型及机械加工是技术瓶颈。蓝宝石材料硬度高、脆性大,半导体衬底材料加工需要定向精度在0.2度以内,并且晶轴的偏转方向是固定的,国内传统的蓝宝石加工技术是采用切割后再滚圆,很难达到国际标准要求的定向、表面损伤层厚度的要求,目前国内的小批量加工技术问题较多,产品质量稳定性、一致性差,并且质量检验标准与国际公认标准有明显距离,产能、技术保障等的局限难以争取长久的大用户。

- M; x Q- k( V% k4 M3 S4 r 成果转化及规模生产不足。我国在晶体材料方面虽取得了一定的研究成果,但这些成果大多只能提供样品,不能批量生产,难以创造更高经济效益。即使能够批量生产的产品,但加工尺寸及精度与国外相比均有较大差距,规模化生产不足,对来自国内外的大订单,一般难以满足供货量和货期的要求。' s3 D0 s0 \. P" [% Q. A+ V: v* N

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3 Y+ B* u6 q* p: `" Y6 G 蓝宝石材料是氮化物半导体衬底、集成电路衬底的首选材料,在特殊要求环境下,还没有替代产品,随着电子信息技术的发展,尤其是半导体照明产业的飞速发展,对蓝宝石基片的市场需求也越来越强烈。

/ T! @/ q- V/ e1 x' h# u Y [淘股吧]* c6 Y) `/ n/ ~1 f/ y

蓝宝石材料在LED应用领域一直处于供不应求的状况,台湾新竹工业园(台湾主要LED生产园区,产能占世界总产能近32%)2007年度的产业发展报告很清楚的说明了这一点。“台湾市场目前2英寸晶棒月供应量为120K/M, 90%以上依赖Rubicon供应材料,数量约为100K/M, 台湾市场目前可供应磊晶的2英寸蓝宝石抛光片基板约为220K/M pcs, 台湾市场目前磊晶需求的抛光片约为400K/M pcs。需求远远大于生产能力”。

2 n. C# ?5 x8 e( F) O 目前国际各家大的蓝宝石生产厂纷纷将生产重心转向利润率更高的3-6英寸晶棒,使得2英寸晶棒价格由2006年底的8.2$/mm,上涨到4月中旬的9.1$/mm,上涨幅度大于10%,该价格由于产能的严重不足将在高位维持很长一段时间。表2是全球主要蓝宝石供应商的供应能力情况1 e5 G

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表2 全球主要蓝宝石供应商的供应能力情况

$ ]) \# ?/ {% R0 E+ u/ Q 供货商名称所在地晶棒产能(mm/m) 主要供应地区及规模. M; }/ O) ^2 T, U `5 h

Monocrystal 俄罗斯150K (2”) 欧、美、日本(3” 、4” 、6”)为主

/ f/ C( @8 w+ Y2 V) a Rubicon 美国150K (2”) 台湾(2”)、欧、美、日本(3” 、4” 、6”)

- U( E: ~" a9 p3 Y7 @1 w8 I Kyocera 日本200K (2”) 自给自足

9 u4 O j5 X$ r/ O! q Atlas等俄罗斯50K (2”)、欧、美

1 {1 s0 {/ B" D9 s) G STC 韩国15K(2”) 韩国、台湾4 u N# P; n1 ?3 x

随着对降低成本的要求,该部分市场的竞争会趋于白热化,高技术、低成本将成为该类产品发展的主题。美系太阳能长晶炉大厂GT Solar收购蓝宝石单晶生产商Crystal Syst环球光伏网

美系太阳能长晶炉大厂GT Solar已正式收购蓝宝石单晶(Sapphire)生产商Crystal Systems公司,GT Sol ar市场营销总监Jeffrey Nestel-Patt表示,伴随著LED产业起飞,上游的蓝宝石单晶需求畅旺,公司除了针对Crystal Systems既有的产能持续进行扩充外,自2011年4月起将开始对外量产蓝宝石长晶炉,预期至20 12年时,相关设备的营收贡献将可达1亿美元。

在收购Crystal Systems后,GT Solar正式切入蓝宝石单晶产业。原本Crystal Systems所设计的设备仅供自家使用,不过,未来GT Solar将开始对外销售相关设备。

Jeffrey Nestel-Patt表示,有别于市场上多数的泡生法技术,Crystal Systems主要是采HEM技术(热交换技术)生产蓝宝石,其制程技术与公司原本的矽生长技术互补,故可结合公司在太阳能长晶炉设备的经验,切入LED长晶设备的销售。

GT Solar表示,目前在蓝宝石晶棒的切片过程中,从研磨到检验等均已有许多设备商投入供应链,而有机金属化学气相磊晶(MOCVD)机台也已有Veeco等大厂供应,惟蓝宝石长晶设备领域并无主导者,故公司选择就此切入。

原本Crystal Systems即有生产蓝宝石单晶产品提供给客户。GT Solar表示,仍将持续耕耘此条产品线,

且2011年有扩充计画。若以2寸规格计算,至2010年底时,GT Solar的LED蓝宝石单晶产品年出货量可达200万毫米(mm),看好后续需求,至2011年的年总产量将拉升至600万毫米。https://www.docsj.com/doc/d513139511.html,

且GT Solar透露,2011年产能已全数被客户包下,处于供不应求的情况。目前市场上多已从2寸的蓝宝石单晶转往4寸以及6寸发展,GT Solar表示公司正积极朝8寸迈进,持续开发。

针对自行生产蓝宝石单晶以及相关机器设备的布局,Jeffrey Nestel-Patt表示,公司目前蓝宝石单晶的总产量仍属少量,而未来公司将专注于机器设备的生产,故与客户端并无直接的竞争关系,是希望能提供客户完整的解决方案。

GT Solar预期2011年4月公司将开始生产蓝宝石长晶设备,其中特别看好台湾、大陆、韩国等地LED市场的扩充幅度,预期将是未来营收成长的动能。

GT太阳能公司接获第一批订单蓝宝石结晶炉

新罕布什尔州梅里麦克- (美国商业资讯)- GT太阳能国际公司(纳斯达克股票代码:Solr的),一个多晶硅生产技术的全球供应商,蓝宝石和硅晶体生长系统和太阳能,LED等材料专业市场,今天宣布,它已经收到了前两个订单总额超过84亿蓝宝石结晶系统。来自江苏吉星新材料有限公司,九江蓝宝石科技有限公司总的年生产能力两个命令来了订单的大约800万两英寸等值蓝宝石基板(并列)。

“GT太阳能公司是江苏吉星高兴,这两个新材料有限公司,九江蓝宝石科技有限公司,两个光伏高度重视客户的长期关系企业,为他们选择了新的生产设施,我们的蓝宝石结晶设备,”汤姆说,古铁雷斯总裁兼首席执行官GT太阳能。“向我们的客户蓝宝石设备战略的反应是非常积极,我们很高兴能够宣布我们的第一个订单。我们继续讨论在亚洲地区与其他潜在的客户对我们蓝宝石结晶系统,并相信我们在轨道上,以满足我们预计在100美元我们从蓝宝石结晶设备销售FY12收入万元。“

两个命令代表GT太阳能公司的LED设备进入市场,这将GT太阳能公司说,它追求,宣布在2010年7月收购其晶系。这两种新材料有限公司江苏吉星有限公司和九江蓝宝科技有限公司是定位自己,对LED市场在未来几年的预期增长把握能力,通过建设生产高品质,大面积蓝宝石基板。这些最初的客户将针对高亮度LED 市场。

“我们先进的蓝宝石结晶系统是一个高度可扩展和可靠的架构,能让用户迅速扩大以较低的资本投资到批量生产与其他竞争技术构建的结晶,”古铁雷斯先生继续说。“我们的技术组合,我们的区域服务和安装提供专业知识的深度通过减少装备和调试新的生产设施的风险引人注目的价值给客户。”

与其他决策支持系统和多晶硅订单组合两个命令使GT太阳能公司第三季度季度的最新订单超过2.45亿美元,并加强该公司的一个强有力的财年的订单管道基础仍在与客户讨论2012年的看法。

九江出口加工区日前又报喜讯,由九江赛翡科技有限公司投资5亿元新建500万片蓝宝石晶体生产项目于10月9日正式签约落户。该项目占地面积120亩,预计经过18个月的建设周期,于2012年上半年实现试产运行,该项目达产达标后可实现产值30亿元。

半导体发光二极管(简称LED)是一种新型全固态照明器件。从LED原材料配套上来看,蓝宝石、GaAs (砷化镓)、SiC(碳化硅)等晶体材料国内均有一些研究单位在开发,并有少量企业在生产,但产业规模普遍较小。蓝宝石衬底有高技术门槛和高资本门槛的特点,长期被少数几家国外厂商所控制,造成了中国LED产业长期只能在中下游以劳动力成本的比较优势争取微薄的利润。截止到2009年,中国大概有3000家企业集中在LED应用行业,LED产业链在中下游的竞争日益加剧,而在产业的上游却鲜有成功的国内企业。九江赛翡科技有限公司将联合清华大学相关教授和行业资深人士等,果断挺进LED产业上游领域,力争成为该领域的弄潮儿。

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

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

单晶硅、蓝宝石介绍

单晶硅介绍: 一个完整的晶体硅太阳能产业链是由高纯多晶硅制造、硅棒的拉制、硅片的切割、太阳能电池封装、光伏发电组件系统集成等环节组成的,如下图所示。 硅棒、硅片产业是整个晶体硅太阳能产业链的中间部分,它从上游多晶硅生产企业购买原材料,加工成硅片后出售给下游的太阳能电池制造和系统集成企业。 蓝宝石晶体介绍: 蓝宝石晶体是现代工业尤其是微电子、光电子产业极为重要的基础材料,在LED 新光源产业链中属上游产品。蓝宝石晶体广泛应用于半导体、化工、航空、航天、国防等多行业的高科技领域,具有较大的社会和经济效益。蓝宝石晶体生长及切片项目是LED 产业链的核心环节,其产品是LED 产业最重要的上游原材料之一, LED 是发光二极管的简称,具有发光效率高、环保、寿命长、体积小等特点,是目前世界上最先进的照明技术。蓝宝石材料在LED 应用领域一直处于供不应求的状况。 蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3),是由三个氧原子和两个铝原子多晶硅 单晶硅棒 单晶硅片 电池片 电池组件 公司经营行业

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。蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料。 蓝宝石晶体的生长及切片在工艺上非常类似于单晶硅的生产和切片,且蓝宝石晶体项目的建设符合国家产业政策,是国家鼓励发展的产品,有良好的市场前景,可推动我国节能产品的发展,为建设我国节约型社会起到积极大推动作用。

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.

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