人工藍(lán)寶石加工介紹

主要化學(xué)成分:Al2O3晶體結(jié)構(gòu)：六方晶格結(jié)構(gòu)摻雜不同的金屬離子而呈現(xiàn)不同顏色硬度：莫氏硬度9熔點(diǎn)高化學(xué)穩(wěn)定性好電絕緣性透明度高（對近紫外到中紅外的光都不吸收）藍(lán)寶石除紅寶石以外的所有剛玉寶石的通稱2021/6/271藍(lán)寶石晶體生長方法溶液生長熔體生長氣相生長紫氏拉晶法即:提拉法(CZ)凱氏長晶法即:泡生法(KY)熱交換法(HEM)2021/6/272提拉法加工工藝：（1）將原料加熱熔融至熔湯(2)利用一籽晶(單晶晶種）插入到熔湯中（溫度適宜籽晶不會(huì)融化）(3）慢慢向上提拉和轉(zhuǎn)動(dòng)晶桿，同時(shí)緩慢降低加熱功率，籽晶就會(huì)不斷長粗?？刂坪眉訜峁β示湍軌虻玫剿柚睆降木w。泡生法的加工工藝與提拉法的區(qū)別：加工工藝大致相同，但泡生法開始提拉，旋轉(zhuǎn)晶桿至籽晶縮頸形成晶肩，停止提拉保持旋轉(zhuǎn)，控制熔體溫度緩慢冷卻，待結(jié)晶。2021/6/273熱交換法裝置示意圖熱交換法的工藝流程將裝有原料的坩堝放在熱交換器中心，籽晶置于坩堝底部中心處并固定于熱交換器一端，加熱坩堝內(nèi)的原料至完全熔化。由于氦氣流過熱交換器起冷卻作用，籽晶并不熔化。待溫場穩(wěn)定后逐漸加大氦氣流量，氦氣從熔體中帶走的熱量隨之增大，使熔體延籽晶逐漸凝固并長大，同時(shí)逐漸降低加熱溫度直至整個(gè)坩堝內(nèi)的熔體全部凝固。2021/6/274項(xiàng)目提拉法泡生法熱交換法晶體形狀

晶體尺寸受尺寸限制，目前直徑和有效長度均小于150mm較大尺寸，目前一般為35~90Kg大尺寸，目前一般為65~100Kg晶體質(zhì)量好較好好后續(xù)加工直接切棒、切片需退火處理、掏棒，再切棒、切片需退火處理、掏棒，再切棒、切片棒狀梨狀梨狀2021/6/2753藍(lán)寶石襯底加工流程

藍(lán)寶石基片的原材料是晶棒,晶棒由藍(lán)寶石晶體加工而成.其相關(guān)制造流程如下:

藍(lán)寶石晶體晶棒晶棒基片

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藍(lán)寶石晶棒制造工藝流程

藍(lán)寶石晶棒加工流程

晶體晶棒長晶:利用長晶爐生長尺寸大且高品質(zhì)的單晶藍(lán)寶石晶體定向:確保藍(lán)寶石晶體在掏棒機(jī)臺上的正確位置,便于掏棒加工掏棒:以特定方式從藍(lán)寶石晶體中掏取出藍(lán)寶石晶棒滾磨:用外圓磨床進(jìn)行晶棒的外圓磨削,得到精確的外圓尺寸精度品檢:確保晶棒品質(zhì)以及以及掏取后的晶棒尺寸與方位是否合客戶規(guī)格機(jī)械加工2021/6/277

藍(lán)寶石基片制造工藝流程晶棒基片定向:在切片機(jī)上準(zhǔn)確定位藍(lán)寶石晶棒的位置,以便于精準(zhǔn)切片加工切片:將藍(lán)寶石晶棒切成薄薄的晶片研磨:去除切片時(shí)造成的晶片切割損傷層及改善晶片的平坦度倒角:將晶片邊緣修整成圓弧狀,改善薄片邊緣的機(jī)械強(qiáng)度,避免應(yīng)力集中造成缺陷拋光:改善晶片粗糙度,使其表面達(dá)到外延片磊晶級的精度清洗:清除晶片表面的污染物(如:微塵顆粒,金屬,有機(jī)玷污物等)品檢:以高精密檢測儀器檢驗(yàn)晶片品質(zhì)(平坦度,表面微塵顆粒等),以合乎客戶要求機(jī)械加工2021/6/2784藍(lán)寶石基板應(yīng)用種類

廣大外延片廠家使用的藍(lán)寶石基片分為三種:1:C-Plane藍(lán)寶石基板這是廣大廠家普遍使用的供GaN生長的藍(lán)寶石基板面.這主要是因?yàn)樗{(lán)寶石晶體沿C軸生長的工藝成熟、成本相對較低、物化性能穩(wěn)定,在C面進(jìn)行磊晶的技術(shù)成熟穩(wěn)定.2:R-Plane或M-Plane藍(lán)寶石基板主要用來生長非極性/半極性面GaN外延薄膜,以提高發(fā)光效率.通常在藍(lán)寶石基板上制備的GaN外延膜是沿c軸生長的，而c軸是GaN的極性軸，導(dǎo)致GaN基器件有源層量子阱中出現(xiàn)很強(qiáng)的內(nèi)建電場，發(fā)光效率會(huì)因此降低，發(fā)展非極性面GaN外延，克服這一物理現(xiàn)象，使發(fā)光效率提高。3:圖案化藍(lán)寶石基板(PatternSapphireSubstrate簡稱PSS)

以成長(Growth)或蝕刻(Etching)的方式,在藍(lán)寶石基板上設(shè)計(jì)制作出納米級特定規(guī)則的微結(jié)構(gòu)圖案藉以控制LED之輸出光形式，并可同時(shí)減少生長在藍(lán)寶石基板上GaN之間的差排缺陷，改善磊晶質(zhì)量，并提升LED內(nèi)部量子效率、增加光萃取效率。

2021/6/279藍(lán)寶石結(jié)晶面示意圖最常用來做GaN磊晶的是C面(0001)這個(gè)不具極性的面,所以GaN的極性將由制程決定

(a)圖從C軸俯看(b)圖從C軸側(cè)看2021/6/2710圖9:納米圖案化藍(lán)寶石基板圖2021/6/2711在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中,一般將Si、Ge稱為第一代電子材料

而將GaAs、InP、GaP、InAs、AlAs及其合金等稱為第二代電子材料;寬禁帶(Eg>213eV)半導(dǎo)體材料近年來發(fā)展十分迅速,成為第三代電子材料,主要包括SiC、ZnSe、金剛石和GaN等.同第一、