藍(lán)寶石晶體生長技術(shù)多樣化 泡生法成主流

一、藍(lán)寶石產(chǎn)業(yè)概況

藍(lán)寶石晶體的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，具有熔點(diǎn)高(2050℃)、硬度大(莫氏硬度9級，僅次于金剛石)的特點(diǎn)，且具有很好的透光性，熱傳導(dǎo)性和電氣絕緣性，以及力學(xué)機(jī)械性能好，耐磨和抗風(fēng)蝕等優(yōu)良的光學(xué)和物理化學(xué)特性。

因此，藍(lán)寶石是微電子及光電子產(chǎn)業(yè)極為重要的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、微電子、光電子、信息顯示、光通訊、激光、精密機(jī)械、國防軍事等眾多領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對藍(lán)寶石晶體材料的尺寸、質(zhì)量不斷提出新的要求。現(xiàn)在，隨著半導(dǎo)體照明及其他新興應(yīng)用的迅速發(fā)展，低成本、高質(zhì)量、大尺寸的藍(lán)寶石晶體的市場需求正在急劇擴(kuò)大。

自1885年由Fremy、Feil和Wyse利用氫氧火焰熔化天然紅寶石粉末與重鉻酸鉀而制成了當(dāng)時(shí)轟動(dòng)一時(shí)的“日內(nèi)瓦紅寶石”，迄今人工生長藍(lán)寶石的研究已有100多年的歷史。一百多年來，為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)對于藍(lán)寶石晶體質(zhì)量、尺寸、形狀的特殊要求，為了提高藍(lán)寶石晶體的成品率、利用率以及降低成本，對藍(lán)寶石的生長方法及其相關(guān)理論研究從未間斷，其設(shè)備和技術(shù)也在上世紀(jì)末取得了迅速的發(fā)展，到目前為止，藍(lán)寶石產(chǎn)業(yè)已具有較高的技術(shù)水平和較大的生產(chǎn)能力，晶棒尺寸從2英寸擴(kuò)大到目前的12英寸，為之配套設(shè)備及材料也隨之得到了飛速的發(fā)展。

二、藍(lán)寶石晶體生長技術(shù)比較

目前各種晶體生長技術(shù)在市場上都有應(yīng)用，且晶體純度都可達(dá)到99.99%，但是由于生長機(jī)理的不同，又都存在一定的缺點(diǎn)和局限性，較難同時(shí)滿足未來藍(lán)寶石晶體的大尺寸、高質(zhì)量、低成本發(fā)展需求。例如，熔焰法、提拉法等方法生長的晶體質(zhì)量和尺寸都受到限制;熱交換法、溫度梯度法和泡生法等方法需要大量氦氣作冷卻劑;溫度梯度法、泡生法生長的藍(lán)寶石晶體坯料需要進(jìn)行高溫退火處理，坯料的后續(xù)處理工藝比較復(fù)雜、成本高。

但是從市場份額來看，泡生法目前處于優(yōu)勢地位，世界最大的藍(lán)寶石生產(chǎn)企業(yè)美國Rubicon和俄羅斯Monocrystal均采用此技術(shù)方法生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體，此外包括京晶光電在內(nèi)的數(shù)家中國藍(lán)寶石生產(chǎn)企業(yè)也采用此法。采用此法生產(chǎn)的藍(lán)寶石晶體超過全球產(chǎn)量的50%，其中用于半導(dǎo)體照明的藍(lán)寶石襯底超過70%以此法生產(chǎn)。溫度梯度法是韓國廠商所使用的主要技術(shù)，該技術(shù)可生產(chǎn)低電位密度的高品質(zhì)晶棒，使晶體大小(直徑與高度)與長晶形狀相對受限較小，目前也占有一定的市場份額。導(dǎo)模法主要由日本企業(yè)掌握和使用，產(chǎn)品也基本供應(yīng)日本市場，此外烏克蘭也生產(chǎn)導(dǎo)模法長晶爐。