蓝宝石单晶简介
蓝宝石特性
蓝宝石晶体
蓝宝石（Sapphire）晶体——最硬的氧化物晶体，是氧化铝（Al2O3）最基本的单晶形态。
它具有高
强度、高硬度，耐高温、耐磨擦、耐腐蚀，透光性能好、电绝缘性能优良等一系列优良的理化特性。
因此，可广泛用于国防、科研、民用工业等各种要求苛刻的领域。
·Sapphire主要特点及应用：
1. 耐磨、高硬度，耐腐蚀，磨擦系数小，是精密仪表机械轴承的理想材料；
2. 耐磨、高硬度，耐腐蚀，透光性能优良，因此也是高级手表首选的表盖材料；
3. 高强度、耐腐蚀、高热导率、高热导率、高透光特性及宽透光波段（从近紫外到7um中红外波段），是理想的窗口材料和光学元件材料；
4. 电绝缘性能优良，六方对称结构，化学性能稳定，是极好的半导体、超导衬底材料（漏电容和寄生电容小）；
5. 蓝宝石C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小（与GaN之间失配率小于4％），因此，是目前GaN 蓝光LED与LD最主要的外延基片材料。
·Sapphire晶体基本特性：。
2.2.10 蓝宝石晶体
提拉法原理示意图
提拉法操作要点： 1.整个生长装置安放在封闭外 罩里，以便使生长环境中有所 需要的气氛和压强。 2.通过外罩的窗口，可以观察 到生长的情况。 3. 控制晶体品质的主要因素是 固液界面的温度梯度、生长速 率、晶转速率以及熔体的流体 效应等。
提拉法设备简图
提拉法的优点
蓝宝石晶体
森松集团（中国） 研发中心
目录
一.蓝宝石特性 二.蓝宝石应用 三.蓝宝石晶体生长方法 四.蓝宝石晶体生长详解 五.蓝宝石晶体设备制造厂 六.蓝宝石晶体生产厂家
一.蓝宝石特性
蓝宝石（Sapphire）是氧化铝（Al2O3）的单晶形态，晶 体结构为六方晶格，常被应用的切面有A-plane，C-plane 及R-plane。 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。 蓝宝石还具有高声速、高耐温、抗腐蚀、高硬度、熔点高 （2045℃）等特点。
CrystalTech ISS 全自动晶体生长炉
信基国际
信基国际有限公司 创立于1997年，于2008 年间成功引进乌克兰长 晶设备，成为全台湾第 一家代理销售蓝宝石长 晶设备之厂商，补足国 内LED产业链锁缺乏长 晶的自主性。
Waterfall 200
Waterfall 200适用于采用 KY或Cz法生长蓝宝石。 特色： 1.在真空环境中进行可控 制且稳定的生长过程； 2.设计结构独一无二的重 量感测器（电子秤）； 3.电阻加热； 4.除装载、卸载和生长过 程之初始阶段，全部自动 生长； 5.最大直径：200mm
蓝宝石AL2O3特性表
蓝宝石单晶介绍
藍寶石單晶產品型錄產品應用：藍寶石單晶可裁製成晶圓(Wafer)，做為發光二極體(LED)的基材(Substrate) ，每年產值可達上千億元。
技術設備簡介：生長藍寶石單晶之設備為一高真空高溫爐，稱為Kyropoulos長晶爐，是利用Kyropoulos 法來生長藍寶石單晶的長晶爐，其組成如下圖照片所示，共分為五個單元：1. 控制器：包括真空、電壓、加熱與冷卻速率以及拉晶速率之控制單元。
2. 爐體：包括真空系統、加熱器、坩堝及隔熱罩，其中加熱器之功率為100 kW，加熱方式為電阻式，工作溫度最高為2200℃。
真空系統之真空度可達6 × 10-5 Pa。
3. 拉晶裝置：生長晶頸時所使用的晶種升降機構。
4. 電源供應箱：電源需求：380伏特電壓以及200安培之三相電流(A-300A, B-300A, C-20A)。
5. 冷卻水系統：利用水冷方式控制爐體溫度的穩定性，溫度保持餘27~33℃之範圍。
目前擁有之6 Kg級機台(長藍寶石長晶爐)新型45 Kg級機台重量：2160 Kg機台尺寸：3m(L) x 3m(W) x 2.7m(H)產品技術規範：1. 藍寶石晶錠：單晶，透明，沒有雜質、氣泡、晶界及雙晶等巨觀缺陷。
重量45 kg，直徑220 mm，高度285 mm。
2. 藍寶石晶圓：直徑：2吋(50.8 mm)，厚度：0.4-0.5 mm，差排腐蝕坑密度小於1200 pits/cm2。
產品照片：藍寶石晶錠藍寶石晶圓研發團隊：長晶中心主任：吳玉祥長晶中心成員：機械系黃聖芳電子系洪正聰、劉竹峰、毛大喜、陳國良電機系李昆益、林坤成計畫主持人：機械系黃聖芳老師聯絡電話：校內分機：154 ext.24 or (02)27867048 ext.24手機：0921833132。
蓝宝石长晶知识
蓝宝石长晶知识蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(Al2O3)的单晶，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。
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、耐腐蚀，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。
随着近年来LED TV、LED Monitor、LED NB、LED Phone及LED照明市场的持续高速增长，强劲推动了用于制作LED基材的蓝宝石市场的需求扩张。
优点：蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗常用晶体生长方法: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。
蓝宝石介绍
蓝宝石晶体主要用途
1
用于半导体照明产业
2
用于民用电子产品精密仪器
3
用于民用航天、军工等
半导பைடு நூலகம்照明
LED是新一代光源，被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域。 目前，世界各个主要国家和地区纷纷制定LED技术与产业发展计划。 高工LED产业研究所(GLII)统计数据显示，2013年中国LED行业依旧 保持快速增长态势，全年中国LED行业总产值规模为2638亿元(不含中国 港澳台地区)，同比增长28%。其中，上游芯片产值超过80亿元，中游封 装产值超过470亿元，下游应用产值超过2000亿元。 蓝宝石在照明行业主要用作LED 衬底，即LED基板，也有称之为支 撑衬底。衬底是外延层生长的基板，在生产和制作过程中，起到支撑和 固定的作用。它与外延层的特性配合要求比较严 格，否则会影响到外延层的生长或是芯片的品质 。对于制作LED 芯片来说，衬底材料的选用是首 要考虑的问题。目前蓝宝石衬底LED 产品市场占 有率高达90%以上。
内部文件V1.0
目录
1
2 3
蓝宝石的介绍 蓝宝石晶体主要用途 蓝宝石的制造过程
4
蓝宝石的市场分析
蓝宝石的介绍
蓝宝石是一种氧化铝（Al2O3）的单晶，又称为刚玉，就颜色而言， 单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的，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，蓝宝 石由此得名。蓝宝石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RPlane.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，它具有耐高温、抗腐蚀、高硬度（莫氏硬度为9， 仅次于钻石）、高耐磨、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。
蓝宝石单晶透光率
蓝宝石（Aluminum Oxide, Al2O3）是一种透明的氧化铝晶体，它因其优异的机械性能和高的熔点而用途广泛，尤其在珠宝和高级电子设备中。
蓝宝石可以生长成单晶，这种单晶材料具有很高的透光率。
蓝宝石单晶的透光率通常非常高，可以达到90%以上，这取决于其结晶质量和制备工艺。
高质量的蓝宝石单晶可以达到光学级透明度，即几乎所有可见光都能穿过材料。
蓝宝石单晶的透光率对其应用非常重要，例如在珠宝中，高透光率可以确保宝石的光泽和亮度；在电子设备中，高透光率有助于确保显示屏的清晰度。
蓝宝石单晶的透光性也使其在光学和光电应用中非常有用，如激光切割、光学仪器镜片、窗口材料等。
此外，蓝宝石单晶因其硬度高和化学稳定性好，也常用于耐磨和耐腐蚀的工业应用。
在实际应用中，蓝宝石单晶的透光率可能会受到表面缺陷、内部杂质和加工过程中产生的应力等因素的影响。
因此，制备过程中需要严格控制条件，以确保材料的高质量和透光率。
晶体材料蓝宝石（Al2O3）
晶体材料蓝宝⽯（Al2O3）蓝宝⽯（Sapphire,⼜称⽩宝⽯，分⼦式为Al2O3）单晶是⼀种优秀的多功能材料。
它耐⾼温，导热好，硬度⾼，透红外，化学稳定性好。
⼴泛⽤于⼯业、国防和科研的多个领域（如耐⾼温红外窗⼝等）。
同时它也是⼀种⽤途⼴泛的单晶基⽚材料，是当前蓝、紫、⽩光发光⼆极管（LED）和蓝光激光器（LD）⼯业的⾸选基⽚（需⾸先在蓝宝⽯基⽚上外延氮化镓薄膜），也是重要的超导薄膜基⽚。
除了可制作Y－系，La－系等⾼温超导薄膜外，还可⽤于⽣长新型实⽤MgB2（⼆硼化镁）超导薄膜（通常单晶基⽚在MgB2 薄膜的制作过程中会受到化学腐蚀）。
主要性能参数晶系六⽅晶系晶胞常数 a=4.748Å c=12.97Å密度 3.98（g/cm3）熔点 2040℃莫⽒硬度 9热膨胀系数 7.5 (x10-6/ oC)介电常数 ~ 9.4 @300K at A axis ~ 11.58@ 300K at C axis晶向公差 ±0.5°常规尺⼨及公差 10×3,10×5，10×10,15×15，20×15，20×20，常规厚度及公差 0.5mm，1.0mm抛光单⾯或双⾯表⾯粗糙度 Ra<5Å（5×5µm）包装 100级洁净袋，1000级超净室相关产品供应氟化锂（LiF）Ho:YAGEr：YAGNd：YAGYb：YAG磷酸钛氧钾（KTP）氟化镁晶体 MgF2⾼纯硅靶材 Si氟化钙靶材 CaF2晶体锗单晶 Ge硫化锌颗粒 ZnS硅颗粒 Si硅晶体 Si锑化铟单晶 InSb氧化镁晶体 MgO氧化铝（蓝宝⽯）晶体氟化钙粒zl 01.18。
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caso at 2010-7-20 15:43:43好像江苏这边的天龙光电蓝宝石生长已经开始产业化了啊hu886 at 2010-7-21 17:07:08国内长晶棒的都没有批量生产的吧，也不见哈工大的产品，只是听说做的怎么地怎么地好HP-led at 2010-8-29 18:34:23做GaN衬底的，目前只看到蓝晶的衬底。
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.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、物化性能稳定,在C面进行磊晶的技术成熟稳定.2:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板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。
蓝宝石晶体生长技术详解
三、蓝宝石衬底片的加工工艺
机械 加工
机械 加工
晶体
晶棒
基片
晶体
晶棒
晶棒
基片
thanks
熔体表面有凝固浮岛的照片 （a）多边形（b）长条形
下籽晶照片
6、缩颈生长
当籽晶接触到熔体时，此时将产生一固液接口，晶颈便从籽晶接触到熔 体的固液接口处开始生长。 Kyropoulos方法生长蓝宝石单晶，需使用拉晶装置来拉晶颈部分，这个阶 段主要是判断并微调生长晶体之熔体温度。若晶颈生长速度太快，表示温 度过低，必须调高温度。若晶体生长速度太慢，或是籽晶有熔化现象，表 示温度过高，必须调降温度。由缩颈的速度来调整温度，使晶体生长温度 达到最适化。
晶生长（a）示意图，（b）实际情形照片颈
7、等径生长
当温度调整到最适化时，就停止 缩颈程序，开始生长晶身，不需要 靠拉晶装置往上提拉，只需使温度 慢慢下降，熔体就在坩埚内从籽晶 所延伸出来的单晶接口上，从上往 下慢慢凝固成一整个单晶晶碇。
8、晶体脱离坩埚 9、退火 10、冷却 11、晶体检测
晶体开始生长时期照片
泡生法(Kyropoulos method)原理示意图
泡生法的主要优点是：
1.较快的生长率（0.1—25mm/h） 2.高质量(光学等级) 3.大尺寸，无污染 4.低缺陷密度 5.高产能 6.较佳的成本效益
泡生法主要缺点是：
对生长设备的要求比较高
泡生法生长晶体的一般步骤：
1、填充原料及架设籽晶
首先称取一定重量的原料装到坩 埚内，以达到充填致密之效果。之 后，将坩埚放进炉体内加热器中央。 用耐高温钨钼合金线籽晶固定在 拉晶杆上，以利下籽晶或取出晶体 时可用拉晶装置来控制高度。
2、炉体抽真空
蓝宝石的介绍以及主要用途
蓝宝石的介绍以及主要用途---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 蓝宝石的介绍以及主要用途一、蓝宝石的介绍蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(-Al2O3)的单晶，又称为刚玉。
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2019℃高温的恶劣条件下工作。
蓝宝石晶体具有独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能。
二、蓝宝石晶体的主要用途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。
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。
用于半导体照明产业，如 LED， LED 能使发光效率提高近 10 倍，寿命是传统灯具的20 倍以上，兼有绿色、环保等优点。
目前能用于商品化的衬底只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。
目前全球80%LED 企业采用蓝宝石衬底，其原因是碳化硅价格昂贵。
用于民用航天、军工等，如透波窗口、整流罩、光电窗口、护板、陀螺、耐磨轴承等部件。
1 / 4军用光电设备，如：光电吊舱、光电跟踪仪、红外警戒系统、潜舰光电桅杆等。
蓝宝石晶体在民用领域的应用，如条码扫描仪的扫描窗口，永不磨损型雷达表的表蒙，纺织工业的纤维导丝器，照相机外护镜头，耐磨轴承。
三、世界各国的 LED 产业政策：LED 是新一代光源，被公认为是 21 世纪最具发展前景的高技术领域。
目前，世界各个主要国家和地区纷纷制定LED 技术与产业发展计划。
日本在 1998 年就制定了21 世纪光计划；欧盟从 2019 年 7 月，实施了彩虹计划，在此基础上，与2004 年7 月又启动了固态照明研究项目，成立了欧盟光电产业联盟；韩国在2019 年制定了氮化镓半导体开发计划，成立了光产业振兴会；美国在2019 年启动的下一代照明计划（NGLI）及2019 年设立的国家半导体照明研究计划列入了能源法案；中国在 2003 年 6 月 17 日正式启动了国家半导体照明计划；2006 年 10 月，中国科技部启动十一五半导体照明工程863计划，对半导体照明产业以更大的支持。
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(S eedCrystal，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、物化性能稳定,在C面进行磊晶的技术成熟稳定.2:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板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。
蓝宝石晶体
蓝宝石晶体(2011-08-30 12:12:50)标签：杂谈蓝宝石（Sapphire,国内又称白宝石，分子式为Al2O3）单晶X射线衍射结构属六方晶系，硬度莫氏9级，是一种优秀的多功能材料，具有一系列独特的理化性能，良好的电绝缘性、热导性及化学稳定性，介电常数小，介质损耗低，特别是它在0.18μm～5.5μm波段具有良好的透过率。
蓝宝石因其在化学、电学、机械、光学、表面特性、热力学及耐久性等方面所具有的优越特性，其在高性能光学系统和零件时得到广泛采用。
蓝宝石晶体更是红外军用装置、、卫星空间技术、探测和高功率强激光等的首选窗口材料。
另一方面由于蓝宝石晶格结构，其是目前GaN基LED衬底中使用最为广泛的材料。
六方晶系通常采用4个弥勒指数，即（hkil）来表示晶向和晶面，有一个6次对称轴或者6次倒转轴，该轴是晶体的直立结晶轴C轴，另外三个水平结晶轴正端互成120度夹角。
蓝宝石晶体的特征结构导致蓝宝石晶体生长工艺变成了一种艺术。
在蓝宝石特征结构中已经被证实存在的主要有以下滑移系（以易发生的可能次序排列）：(0001) <11-20>；(0001) <10-10>；{10-10} <11-20>；{11-20} <10-10>；{10-10} <01-12>；{11-21} <10-10>；{22-43} <10-10>；以上的几个滑移特性决定了蓝宝石在其建立的温场中进行晶体生长时需要采用不同的晶体生长方向。
要建立蓝宝石晶体生长的温场首先需要了解蓝宝石晶体的物化性能。
蓝宝石晶体对红外波段的高透过是其特色，也正是这一特色决定了要建立适合生长蓝宝石晶体的温场更确切的说是建立适合蓝宝石晶体生长的生长界面，将必然存在不可避免的问题。
如何选择蓝宝石晶体生长方向？以上足以说明。
蓝宝石
蓝宝石材料的应用
民用半导体照明领域对蓝宝石材料的需求
由于发光效率提高近10倍，寿命是传统灯具的20倍以上 ，兼有绿色、环保等优点，LED（发光二极管）为主要器件 的半导体照明产业在近年内得到了飞快的发展。 用于GaN 基 LED 的衬底材料比较多，而蓝宝石材料常作为LED的衬底材 料。
蓝宝石晶体的应用
①、技术及装备落后。 ②、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。 ③、成果转化及规模生产不足。
蓝宝石晶体的制备方法
3、蓝宝石晶体的制备方法
蓝宝石晶体制备概述
目前国际上主流的蓝宝石晶体生长工艺是泡生法、提 拉法、导模法以及热交换法，而泡生法工艺生长的蓝宝石 晶体约占目前市场的70%。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 3 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，而成为制备大尺寸和特定形状晶体的 最常用的晶体生长方式。
蓝宝石材料的加工方法
蓝宝石整流罩的加工 ①、蓝宝石整流罩的传统加工方法及其现状
传统的加工方法中材料的利用率很低, 而且加工 量很大。蓝宝石高的硬度导致加工成本很高，较经济 的加工方法是成型切割，由传统方法生长3个整流罩 的同尺寸晶锭可加工出7个镶嵌的整流罩, 大大地提高 了晶体的利用率, 同时也大大地减小了加工量。但是, 加工出来的毛坯厚度要大于最终的尺寸, 仍需要可观 的加工量, 如研磨、抛光。而且, 在加工过程中还会引 入额外的表面损伤, 这些表面损伤很难在抛光过程中 消除, 可能导致了最终产品无法满足光学系统的要求。 目前美国晶体系统公司( CSI)仍在使用该加工方法。
国内的研究状况
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。
单晶体例子
单晶体例子单晶体是指由同一种材料组成的晶体，在结构上具有高度有序的排列。
单晶体具有很多独特的物理和化学性质，因此在许多领域都有广泛的应用。
下面将介绍几个常见的单晶体例子。
1. 硅单晶体硅单晶体是最常见的单晶体之一。
它具有良好的电学特性和光学特性，被广泛应用于半导体器件制造、太阳能电池和光电子器件等领域。
硅单晶体的晶格结构十分有序，具有高度的晶体完整性和均匀性。
2. 钻石单晶体钻石是一种由碳原子组成的单晶体。
它具有极高的硬度和热导率，被广泛应用于珠宝、切割工具和高压实验等领域。
钻石单晶体的晶格结构十分稳定，使得钻石具有优异的物理和化学性质。
3. 蓝宝石单晶体蓝宝石是一种由铝氧化物（Al2O3）组成的单晶体。
它具有较高的硬度和优异的光学特性，被广泛应用于光学器件、激光技术和电子器件等领域。
蓝宝石单晶体的晶格结构十分有序，使得蓝宝石具有优异的物理和化学性质。
4. 锗单晶体锗单晶体是一种由锗原子组成的单晶体。
它具有良好的电学特性和光学特性，被广泛应用于半导体器件制造、红外光学和太阳能电池等领域。
锗单晶体的晶格结构十分有序，具有高度的晶体完整性和均匀性。
5. 镉汞锌硫单晶体镉汞锌硫单晶体是一种由镉汞锌硫化物组成的单晶体。
它具有优异的光电性能和独特的光学特性，被广泛应用于光电子器件、光学传感和光通信等领域。
镉汞锌硫单晶体的晶格结构十分有序，具有高度的晶体完整性和均匀性。
6. 锂钽酸锂单晶体锂钽酸锂单晶体是一种由锂钽酸锂化合物组成的单晶体。
它具有优异的电学性能和储能性能，被广泛应用于电池、储能装置和电力系统等领域。
锂钽酸锂单晶体的晶格结构十分有序，具有高度的晶体完整性和均匀性。
7. 铁电单晶体铁电单晶体是一种具有铁电性质的单晶体。
它具有可逆的电极化和压电效应，被广泛应用于传感器、压电器件和存储器件等领域。
铁电单晶体的晶格结构十分有序，具有高度的晶体完整性和均匀性。
8. 磷化镓单晶体磷化镓单晶体是一种由磷化镓化合物组成的单晶体。
蓝宝石特性
1.2 蓝宝石晶体成分与一般性质蓝宝石晶体是纯净氧化铝最基本的单晶形态。
化学成分是三氧化二铝(A12O3),晶型为α- A12O3，分子量为101.9612，在20℃时的密度为3.98克/毫升。
蓝宝石的化学性能非常稳定，一般不溶于水和酸、碱腐蚀，只有在高温下（300℃以上）可被氢氟酸（HF）、磷酸（H3PO4）和熔化的氢氧化钾（KOH）所腐蚀。
蓝宝石的硬度很高，仅次于金刚石。
它具有很好的透光性、热传导性和电气绝缘性，力学性能也很好。
蓝宝石的熔点为2050℃，沸点为3500℃，最高工作温度约1900℃。
1.3蓝宝石的晶体结构蓝宝石晶体（α- A12O3）是一种简单配位型氧化物晶体，属六方晶系，其晶格常数为：a=b=0.4785nm，c=1.2991nm，α=β=90°,γ= 120°[6] ,蓝宝石C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小（与GaN之间失配率小于4％）蓝宝石晶体不同取向面的图形如下：2图1：蓝宝石晶体结构侧面图[7]图2：蓝宝石晶体切面图[8]图3：A12O3的分子结构图[7]图4：蓝宝石晶体结构上视图[7]3图5：蓝宝石结晶面示意图[8]在蓝宝石的应用上，有三个方向面是较为重要的。
即C面——（0001）面，r面——（1-102）和a面——（10-10），图5表示出了蓝宝石晶体结构的表示法及重要的方向。
下表表示蓝宝石晶体的一些物理性质：表1 氧化铝(Al2O3)特性表分子式Al2O3密度 3.95-4.1 g/cm3晶体结构六方晶格晶格常数 a =4.758Å , c =12.991Å单位晶胞中的分子数 2莫氏硬度9 (仅次于钻石:10)熔点2050 ℃沸点3500 ℃热膨胀系数 5.8×10-6 /K比热0.418 W.s/g/k热导率25.12 W/m/k (@ 100℃)折射率no =1.768 ne =1.760dn/dt 13x10 -6 /K(@633nm)透光特性T≈80% (0.3～5μm)介电常数11.5(∥c), 9.3(⊥c)1.4 蓝宝石晶体的重要性质1.4.1 蓝宝石的热学性质1.4.1.1蓝宝石的热膨胀系数蓝宝石的热膨胀性能具有各向异性的特点，其热膨胀系数随温度的变化如下： 4图6：蓝宝石晶体热膨胀系数与温度之间的关系[9]从图中可以看出，无论平行于C方向还是垂直于C方向，它的热膨胀系数都不太大，相差也较小。
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蓝宝石单晶简介和应用 >> 蓝宝石单晶简介和应
用
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(H2PO4)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。
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。
大尺寸蓝宝石单晶，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。