蓝宝石衬底加工流程
蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究
蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究一、蓝宝石衬底的特点蓝宝石是刚玉的一种变种，其化学成分为氧化铝（Al2O3），具有极高的硬度和热稳定性。
由于其特殊的物理性质，蓝宝石在工业领域中被广泛用于制造光学窗口、液面开关、激光器件等高精度器件以及手表机芯、手机摄像头镜片等精密产品。
蓝宝石衬底是将蓝宝石单晶片加工成薄片并镀上金属膜，广泛应用于电子、通信、光学和医疗等领域。
蓝宝石衬底具有以下特点：1. 高硬度：蓝宝石的硬度为9，仅次于金刚石，具有出色的耐磨性和抗划伤能力。
2. 优异的透明度：蓝宝石具有良好的光学透明性，能够透射大部分可见光谱和红外光谱。
3. 超低热膨胀系数：蓝宝石的热膨胀系数极低，能够在高温环境下保持稳定。
4. 抗腐蚀性强：蓝宝石具有很强的化学稳定性，不易受到酸碱腐蚀。
1. 实验目的蓝宝石衬底精密研磨加工是指对蓝宝石衬底进行高精度的表面加工，以满足其在光学、电子等领域的要求。
本实验旨在探究蓝宝石衬底在精密研磨加工过程中的表面质量和加工参数的影响规律，寻找最佳的加工工艺和条件。
2. 实验设计选择合适的蓝宝石衬底样品，并确定加工前的表面粗糙度和平整度。
然后，设计不同的研磨工艺和加工参数，包括研磨材料、研磨速度、研磨压力等，进行一系列的实验研究。
在实验过程中，需利用光学显微镜、原子力显微镜等工具对样品进行表面形貌和结构的观察，以及进行光学和物理性能测试，评估加工后的表面质量和性能。
3. 实验步骤（1）取样与准备：选取适当尺寸和形状的蓝宝石衬底样品，进行清洗和表面处理，排除杂质和缺陷。
（2）选择研磨材料和工艺参数：根据实验设计确定研磨材料、研磨液和研磨头的类型，以及研磨速度、研磨压力等加工参数。
（3）精密研磨加工：将蓝宝石衬底样品放置于研磨设备上，进行精密研磨加工，按照设计好的工艺参数和步骤进行操作。
（4）样品测试与评估：对研磨后的样品进行表面形貌观察和光学、物理性能测试，比较不同工艺条件下的加工效果，评估其表面质量和适用性。
蓝宝石衬底详细介绍
蓝宝石结晶面示意图
最常用来做GaN磊晶的是C面(0001)这个不具极性的面,所以GaN的极性 将由制程决定 (a)图从C轴俯看 (b)图从C轴侧看
下图则分别为蓝宝石的切面图;晶体结构图上视图;晶体结构侧视图; Al2O3分之结构图;蓝宝石结晶面示意图
蓝宝石(Al2O3)特性表
分子式 密度 晶体结构 晶格常数 莫氏硬度 熔点 沸点 热膨胀系数 比热
Al2O3 3.95-4.1克/立方厘米 六方晶格 a=4.785Å , c=12.991Å 9 2045℃ 3000℃ 5.8×10 -6 /K 0.418W.s/g/k (仅次于钻石:10)
热导率
折射率 dn/dt 透光特性 介电常数
25.12W/m/k (@ 100℃)
no =1.768 ne =1.760 13x10 -6 /K(@633nm) T≈80% (0.3～5μ m) 11.5(∥c), 9.3(⊥c)
1:C-Plane蓝宝石基板
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InGaN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. 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. 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MOCVD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.
蓝宝石衬底详细介绍
(a)图从C轴俯看
(b)图从C轴侧看
分子式 密度 晶体结构 晶格常数 莫氏硬度 熔点 沸点 热膨胀系数 比热 热导率 折射率 dn/dt 透光特性 介电常数
蓝宝石(Al2O3)特性表
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Rplane 或M-Plane 蓝宝石基板的需求与要求也是相应地增加.
下图为半极性和无极性面的简单示意图
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.
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.
11.5(∥c), 9.3(⊥c)
2 蓝宝石晶体的生长方法
蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种:
LED用蓝宝石基板(衬底)详细介绍
蓝宝石基片制造工艺流程 晶棒
机械加工
基片
定向:在切片机上准确定位蓝宝石晶棒的位置,以便于精准切片加工 切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄的晶片 研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度 倒角:将晶片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘的机械强度,避免应力集中造成缺陷 抛光:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度 清洗:清除晶片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等) 品检:以高精密检测仪器检验晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
A:台湾兆晶科技股份有限公司C面2英寸蓝宝石基板技术参数
项目 Item 规格 Specifications
材料 Material 晶向 Orientation 直径 Dismeter 厚度 Thickness 总厚度偏差 TTV 翘曲度 BOW
高纯度（> 99。996%） 单晶Al2O3， C轴（0001）±0.3° 50.8±0.2mm 330μ m/430μ m±25μ m ＜10μ m ＜10μ m A面（11-20）±0.5 °
蓝宝石晶棒加工流程
机械加工
晶体
晶棒
长晶: 利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体
定向: 确保蓝宝石晶体在掏棒机台上的正确位置,便于掏棒加工
掏棒: 以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒
滚磨: 用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸精度
品检: 确保晶棒品质以及以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格
B:台湾中美矽晶制品制品股份有限公司C面2英寸蓝宝石基板技术参数
项目 Item 规格 Specifications
材料 Material 晶向 Orientation 对M轴偏离角度 Off-set Angle toward M-axis 对A轴偏离角度 Off-set Angle toward A-axis 直径 Dismeter 厚度 Thickness 总厚度偏差 TTV 表面总平整度TIR 弯曲度 翘曲度 WARP BOW
LED用蓝宝石基板(衬底)详细介绍
蓝宝石切面图图
晶体结构图上视图பைடு நூலகம்
晶体结构侧视图
Al2O3分之结构图
蓝宝石结晶面示意图
最常用来做GaN磊晶的是C面(0001)这个不具极性的面,所以GaN的极性 将由制程决定 (a)图从C轴俯看 (b)图从C轴侧看
蓝宝石(Al2O3)特性表 蓝宝石(Al2O3)特性表 (Al2O3)
分子式 密度 晶体结构 晶格常数 莫氏硬度 熔点 沸点 热膨胀系数 比热 热导率 折射率 dn/dt 透光特性 介电常数
4 蓝宝石基板应用种类 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。 3:图案化蓝宝石基板(Pattern Sapphire Substrate简称PSS) 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LED内部量子效率、增加光萃取效率。
图9:纳米图案化蓝宝石基板图
3:R-Plane或 Plane蓝宝石基板 3:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板
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平行于 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. 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Rplane 或M-Plane 蓝宝石基板的需求与要求也是相应地增加. 下图为半极性和无极性面的简单示意图
蓝宝石衬底详细介绍
图9:纳米图案化蓝宝石基板图
3:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板
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平行于 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.
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LED内部量子效率、增加光萃取效率。
1:C-Plane蓝宝石基板
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InGaN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.
LED蓝宝石图形化衬底制备工艺研讨
LED蓝宝石图形化衬底制备工艺研讨摘要：随着社会经济的不断发展，能源的需求量不断增加，为了能够将有效降低能源的损耗，实现能源的可持续发展目标，我国对于节能环保事业的发展尤为的关注。
基于科学技术的发展，我国在照明领域开展的环保事业发展取得了一定的成就。
例如LED的研发和应用，其在使用的过程中不仅节能环保，同时也体积比较小，且功能时效时间比较长，与普通的照明源对比来讲更具有发展前景。
经过技术研发人员的不懈努力，找到了一种能够有效提升LED出光率的新技术，即通过蓝宝石图形化衬底实现LED高出光率的目标，为LED广泛应用于多个领域地奠定了坚实的基础。
本文通过对蓝宝石图形化衬底提升LED出光率的机理、表面微结构对LED发光率的影响进行了分析，并探讨了LED蓝宝石图形化衬底的制作过程。
关键词：LED；蓝宝石图形衬底；制备工艺引言：随着物质生活水平的提升，社会群众对于环保节能产业的发展也越发地关注，只有合理控制能源的消耗，才能够有效地提升能源和生态环境可持续发展的潜力。
环保节能在各行各业的发展中都是非常重要战略目标。
在照明领域最显著的发展便是LED的发展与应用，因为其具备良好的性能，尤其在环保节能方面表现出来的优势得到了社会群众的认可，所以被推广到很多的领域的实际应用当中，例如用于一般的照明、LCD背光源等。
随着蓝宝石图形化衬底制备工艺的不断发展，让LED制备白光逐渐成了现实，对于LED的进一步推广和应用有着非常显著的作用。
值得一提的是，LED虽然作为一种特别的固态光源与当前的社会环境倡导节能减排的理念具有极高的契合度，但是在LED实际的发展与应用中还是存在着一些问题，只有技术研发人员加强对LED的创新和优化，才能够为LED的广泛应用，在照明领域代替当前的所使用的传统光源。
为环保节能社会的建设提供良好的支持。
1.LED蓝宝石图形化衬底提高GaN基LED出光率的作用机理1.1降低GaN外延层位错密度在LED衬底材料中蓝宝石所具备的机械性能、可靠性以及易控制特性远超过其他的衬底材料，如单晶硅、单晶碳化硅等。
最新LED 用蓝宝石衬底
2 蓝宝石晶体的生长方法 蓝宝石晶体的生长方法常用的有三种: 1:提拉法 提拉法(Czochralski method),简称CZ法.先将原料加热至熔点后熔化形 提拉法 成熔体，再利用一单晶籽晶接触到熔体表面，在籽晶与熔体的固液界面上因 温度差而形成过冷。于是熔体开始在籽晶表面凝固并生长和籽晶相同晶体结 构的单晶。籽晶同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转， 随着籽晶的向上拉升，熔体逐渐凝固于籽晶的液固界面上，进而形成一轴对 称的单晶晶锭. 晶体生长示意图如下:
凯氏長晶法(Kyropoulos method)之原理示意图
• 3:热交换法（Heat Exchanger Method）,简称HEM法,在热交换法生长 蓝宝石晶体的过程中，坩埚底部放置籽晶的地方是低温区，当坩埚中 的原料全部融化后，籽晶除接触熔体处略融外，其余部分保持不变。 随着调节通入的氦气流量逐渐增大，低温区逐渐向上扩大，熔体自上 部的高温区至下部的低温区行成了一个温度梯度分布，其梯度的大小 与通入的氦气量有关。固液界面的位置产生了一个自下向上的推移过 程，实现了晶体生长。因为温度的分布与重力场相反，因而熔体中没 有对流作用发生，保证了晶体在稳定状态下生长，有利于获得高质量 的蓝宝石晶体。 • 晶体生长示意图如下：
LED蓝宝石衬底 蓝宝石衬底
1:蓝宝石详细介绍 1:蓝宝石详细介绍
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APlane,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. 下图则分别为蓝宝石的切面图;晶体结构图上视图;晶体结构侧视图; Al2O3分之结构图;蓝宝石结晶面示意图Biblioteka 宝石切面图晶体结构图上视图
蓝宝石衬底详细介绍
4 蓝宝石基板应用种类 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。 3:图案化蓝宝石基板(Pattern Sapphire Substrate简称PSS) 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LED内部量子效率、增加光萃取效率。
蓝宝石结晶面示意图
最常用来做GaN磊晶的是C面(0001)这个不具极性的面,所以GaN的极性 将由制程决定 (a)图从C轴俯看 (b)图从C轴侧看
蓝宝石(Al2O3)特性表
分子式 密度 晶体结构 晶格常数 莫氏硬度 熔点 沸点 热膨胀系数 比热
Al2O3 3.95-4.1克/立方厘米 六方晶格 a=4.785Å , c=12.991Å 9 2045℃ 3000℃ 5.8×10 -6 /K 0.418W.s/g/k (仅次于钻石:10)
掏棒: 以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒
滚磨: 用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸精度
品检: 确保晶棒品质以及以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格
led蓝宝石衬底基片生产流程
led蓝宝石衬底基片生产流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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蓝宝石衬底加工流程
蓝宝石基片制造工艺流程 晶棒
机械加工
基片
定向: 定向 在切片机上准确定位蓝宝石晶棒的位置,以便于精准切片加工 切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄的晶片 研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度 倒角:将晶片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘的机械强度,避免应力集中造成缺陷 抛光:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度 清洗:清除晶片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等) 品检:以高精密检测仪器检验晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
蓝宝石衬底加工流程 蓝宝石衬底加工流程
蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶 体加工而成.其相关制造流程如下: 蓝宝石晶体 晶棒
晶棒
基片
蓝宝石晶棒制造工艺流程
蓝宝石晶棒加工流程
利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体 定向: 确保蓝宝石晶体在掏棒机台上的正确位置,便于掏棒加工 掏棒: 以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒 滚磨: 用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸精度 品检: 确保晶棒品质以及以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格
蓝宝石衬底加工制程
Application ProcessFor PSS (Patterned Sapphire Substrate)AM Technology Co., LtdThe Leader of Abrasive Machining TechnologyChapter 1 : 什么是PSS?PSS（图形衬底）是一项基于光萃取原理而新开发的技术，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LED内 部量子效率、增加光萃取效率。
现在很多磊晶工厂已经采用这项技术于生产白光LED、BLU 蓝白光LED等高端LED产品。
这项技术需要更高的精度与更高质量的蓝宝石衬底，我们把这 种衬底称为PSS（图形衬底）。
1Chapter 1 : 什么是 PSS?不同图形状态下的光萃取率对比常规 萃取率η≈28% 1分离阵列 萃取率η ≈ 40% 1.43倍矩形 萃取率η ≈ 58% 2.1倍半球形 萃取率η ≈ 63% 2.25倍关键字：光萃取率2Chapter 1 : 什么是PSS?光萃取实验结果比较3Chapter 2 : PSS加工流程图晶棒检查 -EPD，气泡 Ingot inspection –EPD，Bubble 定向 Azimuth angle inspection -α, β 切片 Multi wire sawing-LTV, Bow清洗 Cleaning after wire sawing双面研磨 - LTV, TTV, Bow Double side lapping倒角 Edge grinding清洗 Cleaning退火 Annealing -Bow control上蜡 Wax mounting on ceramic block单面研磨 - LTV, TTV, Bow Diamond polishing (Dia. slurry)去蜡 Demounting清洗 Cleaning after Lapping退火 Annealing -Bow control无蜡垫吸附 Mounting in Template单面抛光- LTV, Bow, TTV Final polishing (CMP)清洗 Cleaning after polishing一次清洗 1st –step cleaning一次检查 - LTV, TTV, Bow 1st step inspection二次清洗 2nd step cleaning二次检查 2nd step inspection包装 Packing4Chapter 2 : PSS加工流程详细说明-AM可以提供的服务 Step 1：双面研磨-精密双面研磨机 Step 2：上蜡-液体蜡粘片机 Step 3：单面研磨-精密单面研磨机 Step 4：CMP抛光1-CMP抛光机 Step 5：CMP抛光2-CMP抛光机双面研磨量 120um 单面研磨量30um 抛光量10um 最终基板厚度陶瓷衬盘5Chapter 3 : PSS加工流程详细说明Step1:双面研磨（ Double side Lapping ）设备名称：精密双面研磨机项目 游心轮规格及数量 研磨盘 研磨料 装片数量 洁净室要求 ADL-800 12B×5L 铸铁研磨盘 GC/BC #240～#320 2英寸-12片×5=60片/盘 4英寸-4片×5=20片/盘 灰区 ADL-1200 16B×5L 铸铁研磨盘 GC/BC #240～#320 4英寸-12片×5=60片/盘 6英寸-4片×5=20片/盘 灰区6Chapter 3 : PSS加工流程详细说明Step1:双面研磨（ Double side Lapping ）ADL-800（12B）ADL-1200 （16B）7Chapter 3 : PSS加工流程详细说明Step1:双面研磨（ Double side Lapping ）上盘-上盘、下盘、内环和外环4-wa y独立驱动-驱动更加稳定，更 好的控制晶片TTV/Bow内环外环下盘-液晶触摸屏-操作更方便 -5段式压力控制8Chapter 3 : PSS加工流程详细说明Step2:上蜡（ Wax Bonding ）设备名称：液体蜡粘片机项目 类型 蜡类型 上蜡精度 洁净室要求 AWB-100 手动上蜡机 液体蜡 ≦2um 千级 AWB-1300 全自动液体上蜡机 液体蜡 ≦2um 千级9Step2:上蜡（Wax Bonding）10-高速甩蜡，蜡层厚度1～2um -转速分段控制，可以瞬间加速到6000rpm-气囊加压-保证无气泡Chapter 3 : PSS 加工流程详细说明Step2:上蜡（Wax Bonding ）11Chapter 3 : PSS加工流程详细说明Step3:单面研磨（Single side Lapping）项目ASL-910F（36英寸）ASL-1200F（48英寸）陶瓷盘规格Φ360mmΦ457.2mm陶瓷盘数量44研磨盘树脂铜盘树脂铜盘研磨液3um金刚石研磨液3um金刚石研磨液装片数量2英寸-17片×4=60片/盘4英寸-9片×4=36片/盘4英寸-6片×4=24片/盘6英寸-3片×4=12片/盘设备名称：精密单面研磨机12Chapter 3 : PSS加工流程详细说明Step3:单面研磨（Single side Lapping）-自动车刀修盘装置13Chapter 3 : PSS 加工流程详细说明Step3:单面研磨（Single side Lapping ）3um 金刚石液研磨后晶片检测图4英寸蓝宝石晶片粗糙度检测值表面观测图3D图14Chapter 3 : PSS加工流程详细说明Step4:CMP抛光（CMP Polishing）项目ASP-910（36英寸）ASP-1200（48英寸）陶瓷盘规格Φ360mmΦ457.2mm陶瓷盘数量44抛光盘不锈钢盘+抛光垫不锈钢盘+抛光垫抛光液SiO2抛光液SiO2抛光液装片数量2英寸-17片×4=60片/盘4英寸-9片×4=36片/盘4英寸-6片×4=24片/盘6英寸-3片×4=12片/盘设备名称：CMP抛光机15Chapter 3 : PSS加工流程详细说明Step4:CMP抛光（CMP Polishing）液晶触摸屏16Chapter 3 : PSS 加工流程详细说明Step4:CMP 抛光（CMP Polishing ）CMP 抛光后晶片检测图4英寸蓝宝石晶片粗糙度检测值表面观测图3D图17国外主要蓝宝石客户：ILJIN DISPLAY-韩国 WORLDEX-韩国 TPS-韩国BRIDGE STONE –日本 CRYSTALWISE –台湾MONOCRYSTAL –俄罗斯国内加工蓝宝石衬底客户青岛嘉星晶电 浙江露笑光电 国内SiC 衬底客户 中科院物理所苏州天科合达蓝光半导体有限公司 上海硅酸盐所 国内GaN 衬底客户苏州纳米所Chapter 4 : 主要客户清单（Customer List ）18目前AM在北京和苏州成立技术服务中心，有熟练技术人员数名，专门负责设备的安装调试和售后技术服务。
LED用蓝宝石基板(衬底)详细介绍
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 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. 下图则分别为蓝宝石的切面图;晶体结构图上视图;晶体结构侧视图; Al2O3分之结构图;蓝宝石结晶面示意图
图9:纳米图案化蓝宝石基板图
3:R-Plane或 Plane蓝宝石基板 3:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板
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平行于 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. 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Rplane 或M-Plane 蓝宝石基板的需求与要求也是相应地增加. 下图为半极性和无极性面的简单示意图
蓝宝石衬底加工流程
蓝宝石衬底加工流程
2011-03-09 15:43
长晶:利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体
定向:确保蓝宝石晶体在掏棒机台上的正确位置,便于掏棒加工
掏棒:以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒（包括去头尾、端面磨）
滚磨:用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸精度（滚圆、磨OF 面）
品检:确保晶棒品质以及以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格
定向:在切片机上准确定位蓝宝石晶棒的位置,以便于精准切片加工
切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄的晶片
研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度
倒角:将晶片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘的机械强度,避免应力集中造成缺陷,45°倒角0.1-0.2mm。
抛光:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度
（先双面抛光，再单面抛光。
正面粗糙度＜0.3um，背面粗糙度0.4um-1um）清洗:清除晶片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等)
品检:以高精密检测仪器检验晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
注：1、研磨包括双面研磨和单面研磨，先双面研磨，再倒角，然后再单面研磨。
更确切的是双面研磨-退火-倒角-上蜡-单面研磨。
2、双面研磨：磨料：碳化硼B4C，去除量120um。
单面研磨：金刚石研磨液，
去除量30um。
3、抛光：磨料SiO2，去除量5um。
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蓝宝石衬底加工流程
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长晶:利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体
定向:确保蓝宝石晶体在掏棒机台上的正确位置,便于掏棒加工
掏棒:以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒（包括去头尾、端面磨）
滚磨:用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸精度（滚圆、磨OF 面）
品检:确保晶棒品质以及以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格
定向:在切片机上准确定位蓝宝石晶棒的位置,以便于精准切片加工
切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄的晶片
研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度
倒角:将晶片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘的机械强度,避免应力集中造成缺陷,45°倒角0.1-0.2mm。
抛光:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度
（先双面抛光，再单面抛光。
正面粗糙度＜0.3um，背面粗糙度0.4um-1um）清洗:清除晶片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等)
品检:以高精密检测仪器检验晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
注：1、研磨包括双面研磨和单面研磨，先双面研磨，再倒角，然后再单面研磨。
更确切的是双面研磨-退火-倒角-上蜡-单面研磨。
2、双面研磨：磨料：碳化硼B4C，去除量120um。
单面研磨：金刚石研磨液，
去除量30um。
3、抛光：磨料SiO2，去除量5um。