藍寶石基本知識

藍寶石基本知1、藍寶石介藍寶石基本知1、藍寶石介以共價鍵型式結(jié)合而成,其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu).它常被用的切面有A-Plane,C-Plane及R-Plane.由于藍寶石的光學(xué)因此被大量用在光學(xué)元件、紅外裝置、高強度鐳射鏡片材料光罩材料上，它具有高聲速、耐高溫、抗腐蝕、高硬度、高因此常被用來作為光電元件的材料。目前超高亮度白/質(zhì)則與所使用的藍寶石基板外表加工品質(zhì)息息相關(guān)藍寶石(率小同時符GaN磊晶制程中耐高溫的要求使得藍寶石2、藍寶石晶體的生長方法常用的有兩種將原料加熱至熔點后熔化形成熔湯，再利用一單晶晶種接觸熔湯外表，在晶種與熔湯的固液界面上因溫度差而形成過冷于是熔湯開始在晶種外表凝固并生長和晶種相同晶體結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，隨著晶種的向上拉升，熔湯逐漸凝固于晶旋轉(zhuǎn)，隨著晶種的向上拉升，熔湯逐漸凝固于晶種的液固界上，進而形成一軸對稱的單晶晶錠稱之為泡生法.其原理與柴氏拉晶法(Czochralskimethod)類似先將原料加熱至熔點后熔化形成熔湯，再以單晶之晶種面上開始生長和晶種相同晶體結(jié)構(gòu)的單晶，晶種以極緩慢的度往上拉升，但在晶種往上拉晶一段時間以形成晶頸，待熔與晶種界面的凝固速率穩(wěn)定后，晶種便不再拉升，也沒有作轉(zhuǎn)，僅以控制冷卻速率方式來使單晶從上方逐漸往下凝固，后凝固成一整個單晶晶碇藍寶石基片的原材料是晶棒,晶棒由藍寶石晶體加工而廣闊外延片廠家使用的藍寶石基片分為三種是因為藍寶石晶體沿C軸生長的工藝成熟、成本相對較低、化性能穩(wěn)定化性能穩(wěn)定,在C面進行磊晶的技術(shù)成熟穩(wěn)定現(xiàn)很強的內(nèi)建電場，發(fā)光效率會因此降低，發(fā)展非極性面外延，克服這一物理現(xiàn)象，使發(fā)光效率提高3:圖案化藍寶石基板(PatternSapphireSubstrate簡稱計制作出納米級特定規(guī)則的微結(jié)構(gòu)圖案藉以控制LED之輸出改善磊晶質(zhì)量，并提LED內(nèi)部量子效率、增加光萃取效率年日本的赤崎勇教授與當(dāng)時在日亞化學(xué)的中村修二博士等人藍光LED.以后的幾年里日亞化學(xué)以藍寶石為基板,使用磊晶,之后臺灣本土廠商又對藍寶石晶體的生長和加工技術(shù)位寶石基板上設(shè)計制作出微米級或納米級的具有微結(jié)構(gòu)特定規(guī)長于圖案化藍寶石基板上會產(chǎn)生橫向磊晶的效果,減少生長藍寶石基板上GaN之間的差排缺陷，改善磊晶質(zhì)量，并提升前大陸還沒有廠家能生產(chǎn)出圖案化藍寶石基板前大陸還沒有廠家能生產(chǎn)出圖案化藍寶石基板通常C面藍寶石襯底上生長的ＧａＮ薄膜是沿著其極軸即ｃ軸方向生長的，薄膜具有自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，onfineStarkEffect,QCSE;史坦克效應(yīng))大大地降低了薄膜的發(fā)光效率在一些非C面藍寶石襯底(如R面或M面)極性和半極性的,上述由極化場引起的在發(fā)光器件中產(chǎn)生的面效應(yīng)將得到部分甚至完全的改善.傳統(tǒng)三五族氮化物半導(dǎo)增加電子電洞對復(fù)合的機率。因此，以氮化物磊晶薄膜為主的C面藍寶石磊晶,將可有效解決LED內(nèi)部量子效率效率低使白光的發(fā)光效率提高兩倍由于無極性ＧａＮ具有比傳統(tǒng)c軸ＧａＮ更具有潛力制作高效率元件,而許多國際大廠與研究單位都加大了對此基板的需求與要求也是相應(yīng)地增外延片廠家因為技術(shù)及工藝的不同,對藍寶石基板的要下面列出幾個廠家生產(chǎn)的藍寶石基板的一些基礎(chǔ)下面列出幾個廠家生產(chǎn)的藍寶石基板的一些基礎(chǔ)技術(shù)廠家根據(jù)自身的技術(shù)特點以及所生產(chǎn)的外延片質(zhì)量要求來向?qū)毷鍙S家定制合乎自身使用要求的藍寶石基板.即客戶制化其結(jié)構(gòu)中的氧原子以接近HCP〔hexagonalclosedpacked且具有同氮化鎵等半導(dǎo)體材料結(jié)合匹配性好、光透性能、電優(yōu)良的光學(xué)、機械、化學(xué)和電性能，特別是具有優(yōu)良的光學(xué)、機械、化學(xué)和電性能，特別是具有中波紅外透率高等特性，從至波段均具有很高的光學(xué)透過率，因此被廣用作微波電子管介質(zhì)材料，超聲波傳導(dǎo)元件，延遲線，波導(dǎo)光器腔體及精密儀器軸承，天平刀口等光學(xué)元件以及紅外軍裝置、空間飛行器、高強度激光器的窗口材料。以白寶石單耗和抗輻射能力強等優(yōu)點。近年來民用手表的外表大量使用藍寶石，其特點是光潔度高、硬度高、耐磨損。表1給出了寶石單晶的基本性能1藍寶石單晶材料基本性晶體性化學(xué)式晶系六方晶晶格常數(shù)及方向空間群單位晶胞中的分子數(shù)光學(xué)性能透過波段折射系數(shù)n4m5m吸收系數(shù)45毫米波特折射系數(shù)吸收系數(shù)損耗角正切密熔點/沸點/斷裂韌密熔點/沸點/斷裂韌比泊松抗熱沖擊品質(zhì)因)電阻率藍寶石單晶作為一種優(yōu)良透波材料，在紫外、可見光紅外波段、微波都具有良好的透過率，可以滿足多模式復(fù)合導(dǎo)〔電視、紅外成像、雷達等〕的要求，在軍事工業(yè)等領(lǐng)域用作窗口材料及整流罩部件，在光電通訊領(lǐng)域作為重要的窗材料使用藍寶石材料可以生長制備大尺寸的單晶，其內(nèi)部缺陷沒有晶界孔隙等散射源強度的損失很小透波率很高易導(dǎo)熱、硬度高，因此可以用來作為集成電路的易導(dǎo)熱、硬度高，因此可以用來作為集成電路的襯底材料，氮化硅襯底，制作超高速集成電路；可以做成光學(xué)傳感器以其它一些光學(xué)通信和光波導(dǎo)器件。如高溫高壓或真空容器的察窗、液晶顯示投影儀的散熱板、有害氣體檢測儀和火災(zāi)監(jiān)儀的窗口、光纖通訊接頭盒等國人用熔焰法最先獲得了較大尺寸的藍寶石晶體，經(jīng)過近百的發(fā)展，制備藍寶石單晶的技術(shù)日趨完善目前已有提拉法，而適于生長大尺寸藍寶石單晶的技術(shù)主要有：熱交換法水平定向凝固法、泡生法及溫度梯度法、及本項目所采用的心放肩微量提拉法等氛代替了晶體生長時的高真空環(huán)境，并且用廉價的碳材料代熱交換器用的昂貴金屬材料，極大的降低了生產(chǎn)成本尤其在藍寶石晶體的生長技術(shù)生長裝備及加尤其在藍寶石晶體的生長技術(shù)生長裝備及加工技術(shù)方面至今不少單位仍然使用較為傳統(tǒng)的提拉法、熔焰法生長氧化單晶材料，由于機械傳動過程中震動很大，電器自動控制精溫度場設(shè)計不合理等問題很難滿足晶體生長的基本條件制備的晶體質(zhì)量、成本很難滿足使用要求，成為困擾相關(guān)產(chǎn)發(fā)展的技術(shù)難題。我國在藍寶石晶體材料的加工技術(shù)方面和際先進水平存在明顯差距，主要是晶體材料利用率低、加工表質(zhì)量差、外表損傷層大、加工后襯底材料定向精度難以滿尚屬空白國內(nèi)在九十年代后期，針對大尺寸藍寶石單晶體的生技術(shù)取得了一定的進展，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究采用導(dǎo)向溫梯法〔與熱交換法類似〕，生長出國內(nèi)最大尺寸藍寶石單晶我國藍寶石晶體的產(chǎn)業(yè)化屬起步階段，目前主要產(chǎn)品的藍寶石晶體，晶體質(zhì)量只有少部分能到達光學(xué)級水平，如等企業(yè)；上海光學(xué)精密機械研究所導(dǎo)向溫梯法的等企業(yè)；上海光學(xué)精密機械研究所導(dǎo)向溫梯法的產(chǎn)業(yè)化工作石晶體，由于受生長方向的限制，可加工基片直徑尺寸小于尺寸藍寶石晶體的國家只有美國和前蘇聯(lián)有代表性的公司有俄羅斯的Atlas公司Monocrystal公司和Tydex等公司生其工藝成本較高我國晶體生長有悠久的歷史,但現(xiàn)代人工晶體的系統(tǒng)研起步較晚。經(jīng)近半個世紀的發(fā)展，已可生產(chǎn)制備直徑的藍寶石晶體，由一個基本上是空白的領(lǐng)域上升到在國際上有一席之地，來之不易。我國在晶體材料方面取得了大量研成果，但大尺寸藍寶石晶體材料的生長技術(shù)，高利用率、低本的晶體材料成型及機械加工技術(shù)開發(fā)應(yīng)用尚處于研制水平低階段，對大多需求很難提供配套，更談不上批量生產(chǎn)，難滿足供貨量和貨期的要求；大大的制約了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展高品質(zhì)、低成本的晶體材料生長技術(shù)是世界各國關(guān)注難點和重點。從目前的技術(shù)水平來看，國際上能夠產(chǎn)業(yè)化制國等三家公司由于藍寶石材料有著較強的軍工國等三家公司由于藍寶石材料有著較強的軍工應(yīng)用背景需求因此各國均將該項技術(shù)列為高度機密內(nèi)容，相關(guān)研究報道僅局限在工藝角度，針對藍寶石的特點和用途開發(fā)的專用設(shè)備與之相配套的成型及機械加工技術(shù)的報道僅僅限于原理角度我國在該方面的研究屬剛剛起步，在基礎(chǔ)理論、工藝、設(shè)備配等方面的基礎(chǔ)和經(jīng)驗幾乎為零目前國內(nèi)現(xiàn)有的用于藍寶石晶體生長設(shè)備，是基于傳方法和技術(shù)開發(fā)建設(shè)的實驗室級產(chǎn)品無論從晶體質(zhì)量成本工藝控制精度、工藝重現(xiàn)性、晶體尺寸、生產(chǎn)效率等方面均以滿足產(chǎn)業(yè)化的需求從工藝角度大尺寸藍寶石晶體生長周期長工藝復(fù)雜原材料純度處理狀態(tài)制備工藝參數(shù)等對晶體質(zhì)量影響較大需要針對不同工藝參數(shù)生長出晶體進行詳細的性能測試和微組織結(jié)構(gòu)分析，在此基礎(chǔ)上給出進一步改良的工藝參數(shù)和技措施，才能開始下一輪次的晶體生長，到達不斷優(yōu)化工藝，得高質(zhì)量晶體材料的目的。然而大尺寸藍寶石晶體生長周期大拖延了研究周期藍寶石晶體的硬度僅次于金剛石、為莫氏硬度9級于其脆性較大，很難加工，對于航空航天光電窗口而言，除要求其外表光潔度較高〔〕外，關(guān)鍵要求其晶面軸線的方向須與C軸沿M軸方向的偏差度，對定向精度要求極高，目前應(yīng)的加工技應(yīng)的加工技術(shù)如高速研磨化學(xué)機械拋光腐蝕研磨等技術(shù)國內(nèi)在藍寶石材料的高利用率、低成本加工技術(shù)方面尚屬剛起步，無成功經(jīng)驗可以借鑒，是困擾我國藍寶石材料技術(shù)發(fā)的技術(shù)難題和瓶頸困擾我國航空航天用高品質(zhì)藍寶石窗口部件產(chǎn)業(yè)化的主要問集中在以下幾個方面成果轉(zhuǎn)化及規(guī)模生產(chǎn)不足。我國在晶體材料方面雖取生產(chǎn)，難以創(chuàng)造更高經(jīng)濟效益。即使能夠批量生產(chǎn)的產(chǎn)品藍寶石材料在LED應(yīng)用領(lǐng)域一直處于供不應(yīng)求的狀況臺灣新