神坛上的美国蓝宝石晶体生长设备
蓝宝石晶体生长设备
蓝宝石晶体生长设备蓝宝石晶体生长设备是一种专门用于生长人造蓝宝石晶体的设备。
蓝宝石是一种贵重的宝石，具有极高的质量和价格。
传统上，蓝宝石是通过地下深处岩浆喷发形成的，因此非常稀有。
为了满足市场需求，科学家和工程师开发出了蓝宝石晶体生长设备，通过人工方法创造出高质量的蓝宝石晶体。
蓝宝石晶体生长设备的原理基于热溶液方法。
首先，将蓝宝石晶体的原料，铝和氧化铝以适当比例溶解在高温高压的溶液中。
然后，在稳定的温度和压力条件下，将溶液缓慢冷却。
通过精确控制温度和冷却速度，将逐渐形成蓝宝石晶体结构。
整个过程需要严密的监控和控制，以确保蓝宝石晶体的质量和纯度。
1.反应室：用于容纳溶液和实施晶体生长过程。
反应室通常由高温耐压材料制成，可以承受高温高压环境。
通常还配备了温度控制和压力控制系统，以确保晶体生长过程的稳定性。
2.搅拌器：用于混合和搅拌溶液。
搅拌器的设计需要兼顾混合效果和防止晶体碎裂。
3.加热系统：温控系统用于提供并保持所需的高温环境。
4.冷却系统：冷却系统用于逐渐冷却溶液，促使晶体生长。
5.过滤系统：用于过滤杂质和杂质颗粒，确保溶液的纯净度。
6.测量和监控系统：用于监测溶液的温度、压力和其他参数，并调整控制系统以保持稳定条件。
7.结晶槽和附件：用于容纳晶体生长过程中形成的晶体。
结晶槽需要具有适当的形状和尺寸，以便于晶体生长和取出。
除了蓝宝石，类似的晶体生长设备也可用于生长其他类型的宝石和半导体材料。
这种设备已广泛应用于宝石加工和电子工业领域。
总之，蓝宝石晶体生长设备是一种先进的技术设备，通过人工方法生长高质量的蓝宝石晶体。
随着科技的发展，这种设备的生产成本也逐渐降低，使得蓝宝石晶体在市场上变得更加普及和可负担。
晶体提拉法
冷的改变等一系列影响。因此，人们发展
了液相覆盖技术和高压单晶炉。
液相覆盖技术
• 覆盖物质应具有以下性
质：密度小于熔体的密
度，透明，对熔体、坩
埚和气氛是化学惰性的，
能够浸润晶体、熔体和
坩埚，并具有较大的粘
度。目前，最好的覆盖 物质是熔融的B2O3
生长设备的稳定性：生长界面的稳定性控制、
生长温度的稳定性控制、中心对称性控制。 有害杂质：指的是不纯杂质和配比引起的杂质 籽晶：选用优质籽晶和采用缩颈工艺
晶体提拉法
1 晶体提拉法的简介 2 晶体提拉法生长设备介绍
3 晶体提拉法生长工艺介绍
4 晶体提拉法生长蓝宝石实例
－蓝宝石提拉晶体界面翻转的控制
5 晶体提拉法生长晶体缺陷的形成与控制 6 晶体提拉法生长宝石晶体的鉴别
晶 体 提 拉 法 生 长 仿 祖 母 绿 合 成 品
晶体提拉法生长红宝石的合成品
C 材料挥发的控制。 D 温场的选择与控制。 E 生长速率的控制。
A 晶体生长过程
B 直径自动控制（ADC）
弯月面光反射法：
晶体等径生长时对应的弯月面角为： L 当l
L时，直径扩大；反之，缩小。
L的大小取决与材料的性质，不为0的 L意味着
晶体与熔体之间是非完全浸润的。
C 材料挥发的控制
TiO2、Fe2O3配比视颜色而定。
工艺参数：2050℃以上，转速：10-15r/min , 提拉：1－10mm/h
放肩过程中在dt时间内凝固的晶体质量为：
dm ( r 2 dz 2 rdrz ) v dz / dt 式中： r 2 dz为高为dz的柱体的体积 2 rdrz 为高为z的锥环柱的体积 dm / dt r 2v 2 r (d 2 r / dt 2 )
蓝宝石长晶炉工作原理
蓝宝石长晶炉工作原理蓝宝石长晶炉是一种用于合成蓝宝石晶体的设备。
蓝宝石是一种非常珍贵的宝石，具有美丽的蓝色和高硬度。
它在珠宝制作、光学仪器和电子设备等领域有着广泛的应用。
而蓝宝石长晶炉就是通过特定的工作原理来合成蓝宝石晶体的装置。
蓝宝石长晶炉的工作原理可以分为以下几个步骤：第一步是原料准备。
蓝宝石晶体的合成原料主要是氧化铝和少量的氧化铬。
这些原料需要经过精细的处理和混合，以确保合成出的蓝宝石晶体具有高纯度和理想的颜色。
第二步是炉体装配。
蓝宝石长晶炉由炉体、电热丝和温度控制系统等组成。
炉体通常采用石英材料制成，因为石英具有良好的耐高温性能和化学稳定性。
第三步是炉体预热。
在合成蓝宝石晶体之前，需要将炉体进行预热，以确保温度的稳定和均匀。
预热的温度通常比合成过程中所需的温度低一些，以避免炉体受到过大的热冲击。
第四步是充填原料。
经过预热的炉体需要在一定条件下进行充填原料。
充填原料的过程需要保持炉体的密封性，避免气体的泄漏。
充填原料的质量和均匀性对蓝宝石晶体的品质有着重要的影响。
第五步是加热和保温。
在充填原料后，蓝宝石长晶炉开始进行加热和保温。
加热过程需要控制加热速率和温度梯度，以避免晶体生长过快或过慢。
保温的目的是使晶体在合成过程中保持稳定的温度和压力条件。
第六步是晶体生长。
在加热和保温过程中，蓝宝石晶体开始逐渐生长。
晶体生长的速度和方向受到多种因素的影响，包括温度、压力、原料浓度和炉体结构等。
蓝宝石晶体的生长速度通常较慢，需要经过长时间的持续生长。
第七步是冷却和取出。
当蓝宝石晶体生长到所需的尺寸后，需要进行冷却和取出。
冷却的速度和温度梯度也需要进行控制，以避免晶体的热应力和裂纹。
取出晶体后，还需要进行后续的加工和打磨，以获得光滑和透明的蓝宝石晶体。
蓝宝石长晶炉的工作原理是一个复杂的过程，需要精确的温度控制、原料处理和炉体设计等方面的技术。
通过合理的工艺参数和操作方法，可以获得高质量的蓝宝石晶体。
蓝宝石长晶炉的应用不仅推动了珠宝和光学仪器等领域的发展，也为科研机构和生产企业提供了重要的实验设备。
晶体提拉法
• 采用电阻加热，方法简单，容易控制。保 温装置通常采用金属材料以及耐高温材料 等做成的热屏蔽罩和保温隔热层，如用电 阻炉生长钇铝榴石、刚玉时就采用该保温 装置。
• 控温装置主要由传感器、控制器等精密仪 器进行操作和控制。
2.后热器 3.坩锅
传动系统
气氛控制 系统
传动系统
为了获得稳定的旋转和升降，传动系 统由籽晶杆、坩埚轴和升降系统组成。
2. 提拉法含有气体包体，且气泡分布不均 匀。提拉法常可见拉长的或哑铃状气泡。
• 3. 提拉法合成的宝石是在耐高温的铱、 钨或钼金属坩埚中熔化原料的，可能含 有金属包体。
• 4. 提拉法生长的宝石晶体原料在高温下 加热熔化，偶尔可见未熔化的原料粉末。
• 5. 提拉法生长的宝石晶体时，由于采用 籽晶生长，生长成的晶体会带有籽晶的 痕迹。并且可能产生明显的界面位错。
极限生长速率fmax ：
对于纯材料：
fmax
Ks
l
( T z
)s
(Ks为晶体的导热率)
对于掺质的材料
f max
D[ke
(1 ke ) exp( mcl (B) ((1 ke
f
D )
c)]
(
T z
)l
4 晶体提拉法生长宝石实例
－蓝宝石提拉晶体的放肩控制 蓝宝石单晶的应用非常广泛。以蓝宝石 单晶片作绝缘村底的集成芯片，航天工业作 红外透光材料用得最多；工业中作宝石轴承、 仪表等；人们生活中作宝石表面、装饰等。 提拉法生长的蓝宝石单晶适用于红外、半导 体发光及集成电路的大量需要。
3 晶体提拉法生长工艺
A 生长过程。 B 直径自动控制。（ADC技术） C 材料挥发的控制。 D 温场的选择与控制。 E 生长速率的控制。
三大神炉的技术本源
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。
蓝宝石晶体生长工艺及设备
蓝宝石晶体生长工艺及设备纪秀峰【摘要】介绍了蓝宝石单晶的性质和应用领域,对泡生法、VHGF法等蓝宝石单晶生长工艺进行了说明,对蓝宝石单晶生长工艺及设备的国内外发展趋势进行了探讨。
%In this paper,the nature and applications of single crystal sapphire were introduced,sapphire crystal growth technology such as Kyropoulos and VHGF method were described,the domestic and international trends of sapphire crystal growth technology and equip【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2011(040)007【总页数】5页(P7-10,22)【关键词】蓝宝石;单晶;生长;工艺;设备【作者】纪秀峰【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220【正文语种】中文【中图分类】TN304.053蓝宝石是人工合成晶体中一个重要的材料品种，由于其优良的机械和光学性能，蓝宝石晶体得到了广泛的应用。
近年来半导体照明产业的快速发展，带动了蓝宝石衬底材料需求的快速增长，用于MOCVD外延衬底的蓝宝石材料占到总产量的80%以上。
2009年下半年以来，蓝宝石衬底一直处于材料紧缺和价格上涨趋势。
因此，带动了新一轮蓝宝石投资热潮的兴起，传统蓝宝石企业纷纷增资扩产，同时，为数众多的蓝宝石晶棒厂在中国大陆如雨后春笋般涌现。
1 蓝宝石的性质及用途蓝宝石是纯净氧化铝的单晶形态，化学成分是Al2O3。
蓝宝石的莫氏硬度为9，仅次于金刚石。
25℃时蓝宝石的电阻率为1×1011Ω·cm，电绝缘性能优良。
蓝宝石还具有良好的光学透过性、热传导性以及优良的机械性能，如表1。
蓝宝石长晶炉钨钼热场
蓝宝石长晶炉钨钼热场蓝宝石长晶炉钨钼热场：蓝宝石长晶炉钨钼热场是一种用于生产蓝宝石晶体的设备，它结合了蓝宝石的物理特性和钨钼的热导性能，以确保蓝宝石晶体在生长过程中的稳定性和质量。
蓝宝石是一种具有高度透明度和硬度的宝石材料，常用于高端光学器件和激光器件的制造。
要获得高质量的蓝宝石晶体，需要通过长晶技术进行生长。
长晶是一种通过控制温度梯度使溶液内的晶体先后生长的方法。
蓝宝石的长晶过程中，钨钼热场起到了关键作用。
钨钼是一种高熔点金属合金，具有优异的热导率和耐高温性能。
将钨钼制成合适的形状，使用它作为蓝宝石的生长器，可以在一定程度上控制蓝宝石晶体的生长速度和形状。
蓝宝石长晶炉钨钼热场的基本结构包括炉体、加热元件、炉渣槽等组成。
炉体由耐火材料制成，具有良好的绝缘性能和耐高温性能。
加热元件一般为电加热器，可以通过控制电流和电压来调节炉体的温度。
炉渣槽用于放置蓝宝石原料和液态炉渣，以形成适当的温度梯度，促进蓝宝石晶体的生长。
蓝宝石长晶炉钨钼热场的工作原理是：首先，将蓝宝石原料和适量的溶剂加入炉渣槽中，形成一定浓度的溶液。
然后，通过电加热器加热炉体，将溶液加热至一定温度。
在加热过程中，钨钼热场将炉渣槽内的热量迅速传递给蓝宝石溶液，使其局部达到过饱和状态，从而促进蓝宝石晶体的生长。
在整个生长过程中，需要精确控制炉体的温度和加热时间，以保持蓝宝石晶体的生长速度和形状的一致性。
此外，还需要在炉渣槽中添加一定比例的添加剂，以控制晶体的纯度和杂质含量。
蓝宝石长晶炉钨钼热场具有以下优点：首先，由于钨钼的高热导率和耐高温性能，可以快速而均匀地将热量传递给蓝宝石溶液，提高晶体生长的速度和质量。
其次，由于钨钼具有良好的机械性能，可以制成各种形状的热场，以适应不同尺寸和形状的蓝宝石晶体的生长需求。
此外，钨钼还具有良好的化学稳定性，不会与蓝宝石溶液发生反应，保证晶体的纯度和质量。
总之，蓝宝石长晶炉钨钼热场是一种先进的设备，可以高效、稳定地生产高质量的蓝宝石晶体。
一种200kg级蓝宝石晶体的生长设备及生长工艺[发明专利]
![一种200kg级蓝宝石晶体的生长设备及生长工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a4b03a316f1aff00bfd51e89.png)
专利名称：一种200kg级蓝宝石晶体的生长设备及生长工艺专利类型：发明专利
发明人：腾斌,康森,张吉,王勤峰,段斌斌,王国强,丁钰明,倪浩然,徐金鑫,程佳宝,常慧
申请号：CN201610716767.3
申请日：20160824
公开号：CN106435717A
公开日：
20170222
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于晶体生长技术领域，涉及一种晶体生长方法，尤其涉及一种200kg级大尺寸蓝宝石晶体的生长方法；同时，本发明还涉及一种200kg级蓝宝石晶体的生长设备，包括不锈钢桶，所述不锈钢桶内侧设置有保温层，所述保温层内设置有圆形钨笼发热体，所述圆形钨笼发热体内腔中设置有圆形坩埚。
本发明提供的用于200kg级蓝宝石晶体的生长设备，具有圆形坩埚，以及圆形钨笼发热体，其温场分布均匀稳定，制备出的晶体上部气泡群较少。
并且，这种圆形坩埚热场可根据晶体掏棒规格的实际需要设计不同的长、宽、高比例，晶体利用率高。
申请人：天通银厦新材料有限公司
地址：750021 宁夏回族自治区银川市西夏区银川经济技术开发区宏图南街296号
国籍：CN
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美国Thermal_Technology_K1_Sapphire_Crystal_Grower
美国Thermal Technology LLC公司简介美国Thermal Technology LLC美国Thermal Technology LLC公司(简称TT)，是专业制造各种高温炉和热压炉的公司(/)。
公司位于美国加利福尼亚州旧金山附近的Santa Rosa城市，从创立至今已有半个世纪的历史，是真空炉的创始者之一，高温炉设计的改革者。
并是螺旋形网状(BreWeave™ )钨钼发热体开发应用的创始人，BreWeave™设计经多年的实践证明是最适合高温烧结的先进技术。
TT公司的产品销售遍及全球40多个国家，有3300多个用户使用其生产的炉用设备。
用户的研究生产领域主要集中在照明业、电子业、通信业、可再生能源业和医疗保健业等。
TT公司的设备在世界各地拥有广泛的用户，是美国最受欢迎的高温炉生产厂家。
TT公司有独立的实验室，由材料学的专家主持实验室的研究工作，配有高温炉、放电等离子烧结炉和热压炉等多种炉型，可为广大用户做各种产品的烧结实验，并为用户提供技术支持和咨询。
加热区是高温炉最关键的部位，TT公司的加热区材质均来自于Plansee的钨钼材料，在TT公司由经验丰富的工程师团队精心制作成隔热屏和发热体。
TT 公司有60多年的高温炉设计经验，机械工程师、电子工程师、组装工程师和设计制造工程师组成的强大团队为每一个用户精心制作满足生产研究要求的设备，厚蕴的生产历史和良好的公司运营保证每一台设备能够持续多年的高性能运转。
2010年12月7日，TT公司宣布推出他们的90kg泡生法蓝宝石晶体生长的工业化设备。
目前客户已有的蓝宝石炉可以泡生法生产长度400mm，直径250mm的蓝宝石晶体。
最新设计的K1型泡生蓝宝石炉适用于生产LED衬底用蓝宝石，较短的循环生产周期适用于商业生产。
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。
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 s2、蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种:2 c: c7 }" N: x0 H3 ~ 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 @' k2: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 m0 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 ?: x1: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。
蓝宝石晶体生长方法（全）
晶体生长方法1. 底部籽晶法 (2)2. 冷坩埚法 (2)3. 高温高压法 (4)4. 弧熔法 (9)5. 提拉法 (9)6. 焰熔法 (12)7. 熔剂法 (14)8. 水平区熔 (16)9. 升华法 (17)10. 水热法生长晶体 (19)11. 水溶液法生长晶体 (21)12. 导向温梯法（TGT）生长蓝宝石简介 (22)1. 底部籽晶法图1 底部籽晶水冷实验装置示意图与提拉法相反，这种生长方法中坩埚上部温度高，下部温度低。
将一管子处在坩埚底部，通入水或液氮使下面冷却，晶体围绕着籽晶从坩埚底部生长2. 冷坩埚法图2 冷坩埚生长示意图人工合成氧化锆即采用冷坩埚法，因为氧化锆的熔点高（～2700℃），找不到合适的坩埚材料。
此时，用原料本身作为"坩埚"进行生长，装置如图2所示。
原料中加有引燃剂（如生长氧化锆时用的锆片），在感应线圈加热下熔融。
氧化锆在低温时不导电，到达一定温度后开始导热，因此锆片附近的原料逐渐被熔化。
同时最外层的原料不断被水冷套冷却保持较低温度，而处于凝固状态形成一层硬壳,起到坩埚的作用，硬壳内部的原料被熔化后随着装置往下降入低温区而冷却结晶。
3. 高温高压法图3 四面顶高压机(左)及六面顶高压机(右)的示意图图4 两面顶高温高压设备结构图图5 两面顶高温高压设备结构图图6 人工晶体研究院研制的6000吨压机图7 人造金刚石车间图8 六面顶高压腔及其试验件图9 钢丝缠绕高压模具图10 CVD生长金刚石薄膜的不同设计图11 南非德·拜尔公司合成的金刚石薄膜窗口图12 德·拜尔公司在1991年合成的14克拉单晶钻石温高压法可以得到几万大气压，1500℃左右的压力和温度，是生长金刚石，立方氮化硼的方法。
目前，高温高压法不但可以生长磨料级的金刚石，还可以生长克拉级的装饰性宝石金刚石。
金刚石底膜可用化学气相沉积方法在常压下生长。
4. 弧熔法图13 弧熔法示意图料堆中插入电极，在一定的电压下点火，发出电弧。
蓝宝石晶体生长衬底加工及相关设备制造项目可研报告
蓝宝石晶体生长、衬底加工及相关设备制造项目可行性研究报告二◦一二年十月目录第一章总论 ......................................................................... 错误！未定义书签1.1项目单位基本情况 .......................................... 错误！未定义书签1.2项目基本情况 .................................................... 错误！未定义书签1.3报告编制依据和研究范围............................ 错误！未定义书签1.4主要技术经济指标 .......................................... 错误！未定义书签1.5综合评价 .............................................................. 错. 误！未定义书签1.6建议........................................................................ 错. 误！未定义书签第二章项目建设的必要性与可行性.......................... 错误！未定义书签2.1项目建设背景 .................................................... 错误！未定义书签2.2项目建设的必要性 .......................................... 错误！未定义书签2.3项目建设的可行性 .......................................... 错误！未定义书签第三章市场分析与预测 .................................................. 错误！未定义书签3.1相关领域国内外研究现状及发展趋势 ... 错误！未定义书签3.2市场分析 .............................................................. 错. 误！未定义书签3.3市场预测 .............................................................. 错. 误！未定义书签第四章项目选址及建设条件 ........................................ 错误！未定义书签4.1项目选址 .............................................................. 错. 误！未定义书签4.2建设条件 .............................................................. 错. 误！未定义书签第五章建设内容及规模.................................................. 错误！未定义书签5.1建设内容 .............................................................. 错. 误！未定义书签5.2建设规模 .............................................................. 错. 误！未定义书签第六章工程技术方案....................................................... 错误！未定义书签6.1技术要求 .............................................................. 错. 误！未定义书签6.2生产技术方案及途径 ..................................... 错误！未定义书签6.3产品生产流程 .................................................... 错误！未定义书签6.4原材料供应......................................................... 错误！未定义书签6.5关键技术 .............................................................. 错. 误！未定义书签第七章工程建设方案....................................................... 错误！未定义书签7.1总图运输 .............................................................. 错. 误！未定义书签7.2建筑工程 .............................................................. 错. 误！未定义书签7.3结构工程 .............................................................. 错. 误！未定义书签7.4给排水工程......................................................... 错误！未定义书签7.5电气工程 .............................................................. 错. 误！未定义书签8.1节能措施 .............................................................. 错. 误！未定义书签8.2环保措施 .............................................................. 错. 误！未定义书签第九章项目工程管理与劳动保护 .............................. 错误！未定义书签9.1工程管理 .............................................................. 错. 误！未定义书签9.2劳动保护 .............................................................. 错. 误！未定义书签第十章项目实施进度安排 ............................................. 错误！未定义书签10.1项目前期阶段.................................................. 错误！10.2项目准备阶段.................................................. 错误！10.3项目实施阶段.................................................. 错误！第十一章投资估算与资金筹措 ................................... 错误！11.1投资估算 ............................................................ 错. 误！第十二章招投标方案....................................................... 错误！12.1编制依据 ............................................................ 错. 误！12.2招标范围 ............................................................ 错. 误！12.3招标组织形式.................................................. 错误！12.4招标方式 ............................................................ 错. 误！12.5招标信息发布.................................................. 错误！13.1分析说明 ............................................................ 错. 误！13.2经济费用、效益分析 ................................... 错误！13.3财务指标分析.................................................. 错误！13.4评价结论 ............................................................ 错. 误！第十四章社会效益分析 .................................................. 错误！14.1项目对当地经济发展和社会稳定的影响错误！14.2项目对当地相关产业发展的影响........... 错误！14.3项目对合理利用自然资源的影响........... 错误！第十五章研究结论与建议 ............................................. 错误！15.1研究结论 ......................................................... 错. 误！未定义书签。
全球十大蓝宝石晶棒厂商高工市场调研分析蓝宝石衬底
{市场分析}全球十大蓝宝石晶棒厂商高工市场调研分析蓝宝石衬底2010年国内上游外延领域的MOCVD规划数字不断刷新引发的蝴蝶效应，导致新一轮蓝宝石长晶及衬底项目投资浪潮。
进入2011年，根据高工LED产业研究所监测数据显示，仅一季度国内已确定新增蓝宝石项目投资额就达到70亿元人民币，涉及7个项目约4100万片/年产能（2英寸，全部达成后产能）。
这个数字已经超过2010年全年规划蓝宝石衬底投资项目产能（约3500万片/年）。
尽管截止一季度末，中国蓝宝石新增产能规划已经突破7000万片/年，约合每月450万毫米晶棒产能，这个数字已经达到2011年全球产能的70%。
其中按照规划，协鑫光电与香港青朴国际两个项目如果全部达成，届时产能将分别达到190万毫米/月和100万毫米/月，将计入全球前十大蓝宝石晶棒厂商行列。
其中协鑫光电更是有望冲击第一大厂的宝座。
但根据GLII对国内规划项目的实际实施情况调查来看，最终晶棒的产能释放并不是很乐观。
其中仅协鑫光电一期170台长晶炉项目已经开始动工建设，其余新增项目均处于未开工阶段。
而国内已经处于量产的企业中，除云南蓝晶、重庆四联合计2011年将扩充晶棒产能约70-80毫米/月之外，其余原先规划的长晶项目将有可能以外购晶棒进行后端切割研磨工序为主。
以目前国内上游外延厂蓝宝石采购链来看，台湾晶美2010年在大陆的蓝宝石基板市场市占率超过六成，其余份额主要有蓝晶、焦作科瑞斯达、青岛嘉星光电、武汉东骏等厂商瓜分。
台厂率先下调二季度蓝宝石基板价格2011年3月底，台湾二季度蓝宝石基板价格出炉，跌幅介于3%至5%之间，一季度2英寸平均价格30美元计算，二季度定价将介于28.5至29.1美元之间，相较之前下游外延厂27美元的心理预期高出约7个百分点。
外延长第二季的毛利可望逐渐回升，上游蓝宝石基板厂因为产能扩张之故，价格微跌无损于毛利率，因此第二季蓝宝石2英寸基板报价结果可谓皆大欢喜。
CrystalTech - 蓝宝石晶体生长炉和晶体生长技术
功能描述
全新热场选材及设计；寿命长达2年或更高；有效降低能耗及耗 材消耗，提高设备利用率 快速热场定位系统，提高工艺稳定性，提高设备利用率 万分级高精度电源管理系统，提高晶体品质和成晶率 内置隔离系统，集成式炉内退火及快速更换籽晶功能， 提高晶体品质及设备利用率 防粘锅设计，提高成晶率及坩埚寿命 冷却水入口温度±0.5℃，提高晶体品质和成晶率 先进真空管理及气体分配系统，提高成晶率及晶体品质 安全装置及互锁，提高安全性 先进温控系统功率控制、温度控制精度±1.0℃，减少了人为的 影响（闭环控制），提高成晶率及晶体品质
LED 级蓝宝石晶棒 LED级的蓝宝石晶棒加工成蓝宝石基板， 是LED外延制造的主要基板材料之一。 是LED的最主要的原材料，占LED成本的12%。
非LED 级蓝宝石晶棒 可加工成高档手表的表面、珠宝、首饰等高档消费品。 以及轴承，光学仪器，军事等用途。 目前，70%瑞士手表蓝宝石表面均来自于国内蓝宝石加工厂家
LSGTM蓝宝石晶体生长工艺
革新性热场设计：经高速计算机模拟验证，提高成晶率； 热场材料选择：降低能耗及耗材消耗，提高热场稳定性及设备 利用率；
Easy Repeat 热场定位系统设计：提高热场稳定性；
设备利用率及成晶率各提升约15%-20%
Drive your lighting way
CTSSTM切磨抛工艺
组织机构图
GM
VP （Sales)
VP （Marketing)
VP (Project team)
CFO
HR/Admin
Process manager
Project manager
Drive your lighting way 3
香港科瑞斯特公司
技术团队组成： 工艺团队：来自国内外晶体生长行业的顶尖晶体工艺研发人员，
蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展
· 880·2011年蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展范志刚1，刘建军1,2，肖昊苏1，张 旺1，关春颖3，苑立波3(1. 哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001；2. 东北石油大学电子科学学院，黑龙江 大庆 163318；3. 哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001)摘 要：蓝宝石单晶因其优良的综合性能而成为最重要的中红外光学材料之一，在军民两用中都具有广泛的应用前景。
简述蓝宝石单晶的主要性能；综述蓝宝石单晶的几种重要生长方法及其最新研究成果，并分析了各制备方法的优缺点；介绍了蓝宝石单晶的应用领域及其一些最新成果；最后指出蓝宝石单晶今后的研究重点：(1)改进现有制备工艺及完善近尺寸成型技术；(2)完善蓝宝石单晶的超光滑加工理论及其技术体系。
关键词：蓝宝石单晶；提拉法；导模法；热交换法；光学窗口；整流罩中图分类号：O78 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)05–0880–12Research Progress on Growth Technique and Application of Sapphire Single CrystalF AN Zhigang 1，LIU Jianjun 1,2，XIAO Haosu 1，ZHANG wang 1，GUAN Chunying 3，YUAN Libo 3(1. School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001; 2. School of Electronic Science, Northeast PetroleumUniversity, Daqing 163318, Heilongjiang; 3. College of Science, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract: Sapphire single crystal is one of the most important mid-infrared optical materials due to its excellent overall performance in both military and civil applications. This review represents the major properties of sapphire single crystal. The growth methods and recent work on the sapphire single crystal are reviewed. The advantages and disadvantages of different growth methods are analyzed. Recent work on the sapphire single crystal applications is summarized. Further studies on the sapphire single crystal involve: (1) im-provement of growth methods and the near-net-shaping technology, and (2) improvement of the theory and technology system on the ultra-smooth machining for the sapphire single crystal.Key words: sapphire single crystal; Czochralski method; edge defined film fed growth method; heat exchanger method; optical win-dow; dome现代国防科学与技术的不断进步，军事战略与战术的发展变化，使得导弹武器已成为世界多国优先发展和竞相购买的武器装备。
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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arcgthemtgt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。
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。