藍寶石技術多樣發展 泡生法漸成市場主流

一、藍寶石產業概況

       藍寶石晶體的化學性質非常穩定，具有熔點高(2050℃)、硬度大(莫氏硬度9級，僅次于金剛石)的特點，且具有很好的透光性，熱傳導性和電氣絕緣性，以及力學機械性能好，耐磨和抗風蝕等優良的光學和物理化學特性。

       因此，藍寶石是微電子及光電子產業極為重要的基礎材料，廣泛應用于半導體、微電子、光電子、信息顯示、光通訊、激光、精密機械、國防軍事等眾多領域。隨著科學技術的發展，對藍寶石晶體材料的尺寸、質量不斷提出新的要求。現在，隨著半導體照明及其他新興應用的迅速發展，低成本、高質量、大尺寸的藍寶石晶體的市場需求正在急劇擴大。

       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時轟動一時的“日內瓦紅寶石”，迄今人工生長藍寶石的研究已有100多年的歷史。一百多年來，為了適應科學技術的發展和工業生產對于藍寶石晶體質量、尺寸、形狀的特殊要求，為了提高藍寶石晶體的成品率、利用率以及降低成本，對藍寶石的生長方法及其相關理論研究從未間斷，其設備和技術也在上世紀末取得了迅速的發展，到目前為止，藍寶石產業已具有較高的技術水平和較大的生產能力，晶棒尺寸從2英寸擴大到目前的12英寸，為之配套設備及材料也隨之得到了飛速的發展。

二、藍寶石晶體生長技術比較

       目前各種晶體生長技術在市場上都有應用，且晶體純度都可達到99.99%，但是由于生長機理的不同，又都存在一定的缺點和局限性，較難同時滿足未來藍寶石晶體的大尺寸、高質量、低成本發展需求。例如，熔焰法、提拉法等方法生長的晶體質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、泡生法生長的藍寶石晶體坯料需要進行高溫退火處理，坯料的后續處理工藝比較復雜、成本高。

       但是從市場份額來看，泡生法目前處于優勢地位，世界最大的藍寶石生產企業美國Rubicon和俄羅斯Monocrystal均采用此技術方法生產藍寶石晶體，此外包括京晶光電在內的數家中國藍寶石生產企業也采用此法。采用此法生產的藍寶石晶體超過全球產量的50%，其中用于半導體照明的藍寶石襯底超過70%以此法生產。溫度梯度法是韓國廠商所使用的主要技術，該技術可生產低電位密度的高品質晶棒，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。導模法主要由日本企業掌握和使用，產品也基本供應日本市場，此外烏克蘭也生產導模法長晶爐。

       表二、藍寶石晶體主要生長技術優缺點比較