单晶硅、蓝宝石介绍

蓝宝石单晶简介

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。

单晶硅基本资料

1.单晶硅基本概念单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。

其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。

由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

单晶硅可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。

在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。

北京2008年奥运会将把“绿色奥运”做为重要展示面向全世界展现，单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环。

现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻具体介绍我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。

单晶硅，英文，Monocrystallinesilicon。

是硅的单晶体。

具有基本完整的点阵结构的晶体。

不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。

纯度要求达到%，甚至达到%以上。

用于制造半导体器件、太阳能电池等。

用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。

用途：单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质。

单晶硅是重要的半导体材料。

在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成P型半导体，掺入微量的第VA族元素，形成N型，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。

单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。

在开发能源方面是一种很有前途的材料。

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(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。

人造蓝宝石晶体——电子器材基础材料

的研究显得尤为重要。
晶体增长的主要参数是过冷却度（△Ｔ卜也就是晶体一熔体两相界面的温度差ｍ。这
个参数经常被称为晶体的生长活力。晶体结晶轴方向温度梯度（ＡＴ／ＡＸ）越大，那么晶体的
１３４
生长速度也就越快。根据蓝宝石晶体生长的方式及其尺寸，当晶片的厚度达到～１，０．１，５埘
Ｉｌ～０，０２
ＭＭ／分钟（１．２ＭＭ／ｄ＇时）时，同时单晶体的直径达到１５０．２００ＭＭ时，当结晶轴方向温
公司（美国）开发出了Ｅｐｓｉｌｏｎ２０００的工艺和仪器，利用这种仪器可以给蓝宝石的薄片表
面上贴上硅晶涂层，而这些薄片的直径达到了２００毫米，厚度为Ｏ．１微米。在这种薄片上
可以制作与由ＧａＡｓ制成的集成电路相媲美快速反应的集成电路。这类仪器的辐射稳定性
通常达到了１０５弧的级别，由此预见，到在最近１０年里，单晶硅将会被蓝宝石单晶体取
得到的。根据世界市场预测，对蓝宝石结晶体的需求每年以４０％的速度递增，再过１０几年，需求量将达到每年数百吨。由此，以白色光谱二极管为主的灯管制造业，在同等照射条件下，在白炽灯里，对电能的消耗将下降１５倍［６】。
１３３
２、近几年来，在制作蓝宝石单晶硅基底上的集成电路工艺技术上取得了显著的进展。ＡＳＭ
ｏｃ／ｃＮ，１．５ｏｃ／ｃＭ，０，１．０，５
度梯度就像测量所显示的那样相应地为２０．３０
ｏｃ／ｃＭ时，晶体拉伸
速率可以达到１－２ＭＭ／分钟。由于这种过冷却不是很大，所有种类和形状的晶体都具有很高
的内应力（达到５・１０７帕斯卡），解除内应力需要退火处理。
３．长方形蓝宝石晶体在生长过程中的结晶习性的作用１８１
Ｈ
Ｃ结构）的基底，在此基础上
制造辐射稳定的、快速反应的集成电路（ＭＣ）。蓝宝石晶片同样也可作为氮化镓晶片及其固熔体的基底，以此为基础形成彩虹的各种颜色的光谱二极管，在同一下亮度条件下其电

半导体基板的分类及应用

半导体基板的分类及应用半导体基板是指用于制造半导体器件的基础材料，是多种材料的薄片，常见的有硅、蓝宝石、碳化硅等。

不同的半导体基板材料具有不同的特性和应用，下面将详细介绍几种常见的半导体基板及其应用。

1. 硅基板硅基板是最常见的半导体基板材料之一，其优点是制备工艺成熟、价格相对较低、表面平整度高、热稳定性好等。

硅基板常用于制备CMOS、Bipolar等各种类型的集成电路（IC），广泛应用于电子产品、通讯设备、计算机等领域。

2. 蓝宝石基板蓝宝石基板是由人造蓝宝石晶体切割而成，具有高硬度、优良的光学透明性和热稳定性等特点。

蓝宝石基板主要应用于LED芯片制造，由于其光学性能好，可以实现高亮度、高效率的LED发光。

3. 碳化硅基板碳化硅基板是一种新兴的半导体基板材料，具有高热导率、高击穿电场强度、高饱和漂移速度等特点，适用于高频、高温、高功率等特殊环境。

碳化硅基板广泛应用于功率电子器件、射频器件、光伏发电等领域。

4. 氮化镓基板氮化镓基板是制备高功率和高频率器件的理想选择，具有优良的热导率、电子迁移率和机械性能等特点。

氮化镓基板被广泛应用于GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）、蓝宝石GaN LED和激光器等器件的制备。

5. 砷化镓基板砷化镓基板在微波功放器件和太赫兹器件等领域有广泛应用，其热导率高、电子迁移率大，适用于高频、高功率的应用场景。

砷化镓基板被广泛应用于制备高速电子器件、光电子器件等。

6. 硒化锌基板硒化锌基板具有宽带隙、高电子迁移率和高折射率的特点，适用于制备发光器件、光电检测器和光伏器件等。

硒化锌基板在LED、紫外探测器等领域有广泛应用。

除了上述几种常见的半导体基板，还有铜基板、铝基板、镍基板等，它们具有特殊的电导性、导热性或磁性等特点，在电子器件的制备和其他特殊领域有广泛应用。

总之，半导体基板的分类主要根据材料的特性和应用需求来确定。

各种不同类型的半导体基板都发挥着重要的作用，满足了不同领域的需求，并推动了电子技术的发展。

蓝宝石材料的光学性能及其应用研究

蓝宝石材料的光学性能及其应用研究蓝宝石，即铝氧化钻石，是一种常见的宝石材料，拥有高度的光学透明度及优异的物理化学性质，因此在近几年被广泛研究并应用于光学器件、激光技术、微电子学等领域。

本文将就蓝宝石材料的光学性能及应用进展做一简要介绍。

蓝宝石材料是一种具有特殊晶体结构的材料，其晶格常数与钻石十分接近，因此具有极高的硬度和高温抗性，也可在高温或强酸强碱环境下保持稳定性。

由于蓝宝石材料光学质量好、透光性高、折射率低、温度系数小，在光学器件、激光技术、微电子学等领域中具有良好的应用前景。

一、蓝宝石的物理化学性质蓝宝石材料的化学分子式为AL2O3，其硬度为9，居于经典矿物硬度表的第二位，理论密度为3.98g/cm3。

蓝宝石通过晶体生长技术生产出来的蓝宝石晶体通常不大，因而可以应用在一些微型设备上，例如制造MEMS器件和深紫外LED。

此外，蓝宝石晶体抵御强酸、高温、高压、真空等多种恶劣环境的能力比较强。

二、蓝宝石的光学性能蓝宝石的透明度非常高，通常在UV（紫外线）到IR（红外线）波长范围内具有极高并且表现稳定的透明度，同时反射率低。

这种透明度以及对光的反射能力被广泛地利用于光学器件中，例如光学器件透镜（Linear），也可以应用在激光器和LED器件上。

三、蓝宝石的应用进展1. 蓝宝石激光器蓝宝石材料具有双折射性，且具有高光学质量（Homogeneity、refractive uniformity、特殊晶体结构），能输出近似于100%的线偏振光，能够提供高功率输出。

蓝宝石激光器可以应用在医学领域激光治疗，检测金属和塑料零件的紫外线辐射等领域。

2. 蓝宝石透镜由于蓝宝石透光性高且相对固有的物理化学性质，蓝宝石透镜在紫外线成像、光学测量等领域具有很好的应用前景。

由于蓝宝石能够将光分离为线偏振光和非线偏振光，这种性质被广泛利用于光学传感器、无线电和雷达器件等领域。

3. 蓝宝石硅制品各种个样的硅制品，包括耐磨装置、轴瓦、轴承、高性能梭子块和各种滑动零件等，使用了蓝宝石的优异硬度和高温抗性的特性。

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：。

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。

单晶硅、蓝宝石、碳化硅三种衬底材料比较

单晶硅、蓝宝石、碳化硅三种衬底材料比较对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。

应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。

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）[/url]蓝宝石衬底通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。

蓝宝石衬底有许多的优点：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。

图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。

使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。

蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。

在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。

由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。

但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。

蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。

添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。

蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。

因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。

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。

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。