蓝宝石分子晶向解析
蓝宝石晶体生长技术
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Al2O3分子结 构
蓝宝石晶体结构图 （其中黑点为氧离子，白点为铝离子）
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基本性质
蓝宝石单晶是一种简单配位型氧化物晶体，呈各向异性，属六方 晶系，晶格参数a=b=0.4758nm，c=1.299 1 nm，α=β=90°， γ=120°。
蓝宝石单晶的透光范围为0.14-6.0μm，覆盖真空紫外、可见、 近红外到中红外波段，且在3-5μm波段具有很高的光学透过率；具 有高硬度(仅次于金刚石)、高强度、高热导率、高抗热冲击品质因 子的力学及热学性能；具有耐雨水、沙尘、盐雾等腐蚀的稳定化学 性能；具有高表面平滑度、高电阻率及高介电性能。
Ti:Al2O3激光器还应用于非线性物理、太赫兹产生、时间分辨光谱 学、频标计量学、多光子显微镜及生物医学成像等基础研究方面。
Ti:Al2O3激光器在军事与工程方面也应用广泛。如激光测距、光电 干扰、红外对抗、致盲武器等军事领域，以及激光通信、海洋探测、 大气环境监测、激光手术及微加工等诸多领域。
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（1）高温超导薄膜的衬底，如Tl系薄膜TlBa2Ca2Cu3Oy、 Tl2Ba2CaCu2O8；
（2）红外光学材料的衬底，如近红外材料的碲镉汞晶体(HgCdTe)， Ⅲ-Ⅴ族化合物的砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)，Ⅱ-Ⅵ 族化合物的硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化镉(CdTe)、氧化锌 (ZnO)、SiO2及金刚石等；
这些优良的光学、力学、热学、化学及电学性能决定了它在军事 及民用领域中的重要地位和作用。
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（1）化学稳定性：蓝宝石具有高度的化学稳定性，在绝大多数 化学反应过程中不会被腐蚀。
（2）机械特性：蓝宝石单晶因其高硬度和高强度，可以在温度 范围从超低温至1500℃高温之间的不同环境中保持高强度、耐磨耗 与高度的稳定性。同时是目前已知的硬度最高的氧化物晶体材料， 仅次于金刚石达莫氏9级。
2.2.10 蓝宝石晶体
提拉法原理示意图
提拉法操作要点： 1.整个生长装置安放在封闭外 罩里，以便使生长环境中有所 需要的气氛和压强。 2.通过外罩的窗口，可以观察 到生长的情况。 3. 控制晶体品质的主要因素是 固液界面的温度梯度、生长速 率、晶转速率以及熔体的流体 效应等。
提拉法设备简图
提拉法的优点
蓝宝石晶体
森松集团（中国） 研发中心
目录
一.蓝宝石特性 二.蓝宝石应用 三.蓝宝石晶体生长方法 四.蓝宝石晶体生长详解 五.蓝宝石晶体设备制造厂 六.蓝宝石晶体生产厂家
一.蓝宝石特性
蓝宝石（Sapphire）是氧化铝（Al2O3）的单晶形态，晶 体结构为六方晶格，常被应用的切面有A-plane，C-plane 及R-plane。 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。 蓝宝石还具有高声速、高耐温、抗腐蚀、高硬度、熔点高 （2045℃）等特点。
CrystalTech ISS 全自动晶体生长炉
信基国际
信基国际有限公司 创立于1997年，于2008 年间成功引进乌克兰长 晶设备，成为全台湾第 一家代理销售蓝宝石长 晶设备之厂商，补足国 内LED产业链锁缺乏长 晶的自主性。
Waterfall 200
Waterfall 200适用于采用 KY或Cz法生长蓝宝石。 特色： 1.在真空环境中进行可控 制且稳定的生长过程； 2.设计结构独一无二的重 量感测器（电子秤）； 3.电阻加热； 4.除装载、卸载和生长过 程之初始阶段，全部自动 生长； 5.最大直径：200mm
蓝宝石AL2O3特性表
蓝宝石晶体简介演示
02
蓝宝石晶体的制备技术
晶体生长原理和度、浓度等条件，使溶质分 子或离子在溶液中有序排列，逐渐形成晶体的过程。
常见晶体生长方法
常用的晶体生长方法包括水溶液法、气相法、熔融法等。对 于蓝宝石晶体的制备，常采用高温高压下的熔融法。
蓝宝石晶体的制备工艺
原料准备
应用领域
当前蓝宝石晶体主要应用 于LED衬底、手机屏幕、 手表表镜、医疗器械等领 域。
蓝宝石晶体市场的发展驱动因素
技术进步
01
随着技术的不断进步，蓝宝石晶体的生产效率不断提高，成本
不断下降，为其在更多领域的应用提供了可能。
环保政策
02
传统材料的环境污染问题越来越受到关注，而蓝宝石晶体作为
一种环保材料，其市场需求将会持续增长。
蓝宝石晶体具有高硬度、高耐磨性、高 透光率、优异的化学稳定性和机械强度 等特点，被广泛应用于航空航天、军事 、电子等领域的高性能窗口。
VS
光学透镜
蓝宝石晶体优异的光学性能，使其可以制 造出高质量的光学透镜，如相机镜头、望 远镜等。
蓝宝石晶体在手表和珠宝领域的应用
表镜材料
蓝宝石晶体作为手表表镜材料，具有高硬度 、高耐磨性、高透光率等特点，不易划伤， 能够保持手表的长期清晰度和美观度。
珠宝饰品
蓝宝石晶体独特的蓝色调和优异的物理性能 ，使其被广泛应用于珠宝饰品的制造，如蓝 宝石项链、耳环、戒指等。
蓝宝石晶体在其他领域的应用
1 2 3
电子领域
蓝宝石晶体可用于制造高压电容器、高频振荡器 、微波器件等电子元件，以及集成电路基板等。
医疗领域
蓝宝石晶体生物相容性好，可用于制造医疗器械 、人工关节等医疗领域。此外，蓝宝石晶体还可 应用于医疗激光器的制造。
蓝宝石分子晶向解析
1.晶向的本质是蓝宝石分子结构的问题：上图为分子结构图，主要写了蓝宝石单晶六方晶系。
2. 蓝宝石晶向成像原理。
蓝宝石在这种分子结构的情况下，会有不同方向的分子层面，对X射线会有反射作用，从而产生晶向。
详细见下图：分子层形成了C面分子层形成了M面分子层形成了A面分子层形成了R面分子层形成了N面3.晶向值形成的原因：X射线在经过分子层后，会产生折射和反射。
在特定的某个角度入射会让反射的X光呈现平行状态（如下图），接收器接受的X射线强度比较大，该角度称为晶向值。
但由于各个面的分子层间隙不同，所以产生的晶向值也不同。
标准晶向值如下：C面：20°50′A面：18°55′M面：34°06′R面：26°16′N面：21°43′入射角，也叫做晶向值。
分子层间隙，各晶向分子层间隙不同，晶向值也不同。
4.分子晶向图在下图中可以直观的看出蓝宝石分子晶向。
5.蓝宝石分子结构，对其物理性能的影响。
a.光学性能：C轴均有晶光性，其他轴具有负光性。
（所以一般衬底行业都用C向晶片。
）b.硬度：A向硬度明显高于C向，具体表现在耐磨，耐刮，硬度高。
（我们磨A向砂轮需要特制的，或者明显降低研磨效率。
A向晶片大多用于作为窗口材料，如手表镜片）c.切割时M面易开裂：C面为平面，最好切。
A面为Z型锯齿状面，比较好切。
M面为阶梯锯齿状，不好切，容易切裂。
切割示意图如下：C向切割，平面，比较好切，不容易切裂A向切割，锯齿面，比较好切，不容易切裂M向切割，阶梯状锯齿面，不好切，很容易切裂6.晶向对其其他性能的影响。
未知，有其他的客户反馈，以OF面为底面2寸晶棒在R9点钟方向的晶棒不容易裂片，也有其他客户反馈，以OF面为底面4寸晶棒在R3点钟方向的晶棒不容易裂片。
个人觉得，因为蓝宝石的结构的对称性，R3和R9并没有太大的区别，只是分子有些不同，具体应该考虑使用的方面，通过实验确定。
两个N面的夹角线，无晶向。
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
蓝宝石晶体微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体及LED衬底材料研究报告(2010-11-01 11：26：30)转载标签：美国蓝宝石晶体热交换器碳化硅十年陈股香股票分类：潜龙出水钬斺敌股池微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体及LED衬底材料研究报告一、行业背景：未来高亮度照明LED的市场将非常广阔LED是发光二极管的简称(Light-Emitting-Diode)，是由化合物半导体材料制成的发光器件。
其发光的基本原理是利用LED内原天职离两真个电子和空*，在外加正向电压后相互结合时将电能转化成光能，能量以光的形式开释出来。
LED是一种节能环保、寿命长和多用途的环保光源，其能耗仅为白炽灯的10%，荧光灯的50%。
LED作为一种照明光源的普及将能能够明显降低电力消耗，减少二氧化碳排放。
中国事世界上光电子技术研究发展速度最快的国家之一，随着中国"国家半导体照明工程"的启动实施，目前中国的一些研究机构和企业大大加快了产业化的步伐，美国、欧洲和日本等发达国家都积极支持LED产业的发展，出台产业支持政策。
从"十一五"计划开始，我国政府将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。
国内企业大多数从事LED下游的封装和应用，所需芯片、关键设备和技术大部分得从境外进口。
手机背光源的普及推动全球LED产业快速发展；从2008年起，笔记本电脑屏幕和电视屏幕采用LED逐渐普及，是全球LED产业新的发展动力；未来高亮度照明LED的市场非常广阔其中景观照明是最大的细分市场，背光源和显示屏次之。
通过发光方式的转变，LED将电能直接转化为光能，能量转化效率大大高于白炽灯和荧光灯。
中国绿色照明工程促进项目办公室的专项调查显示，我国照明用电每年在3000亿度以上，如由LED取代，可节省1/3的照明用电，相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。
LED作为一种照明光源的普及将能能够明显降低电力消耗，减少二氧化碳排放。
蓝宝石分子晶向解析
1、晶向的本质就是蓝宝石分子结构的问题:上图为分子结构图,主要写了蓝宝石单晶六方晶系。
2、蓝宝石晶向成像原理。
蓝宝石在这种分子结构的情况下,会有不同方向的分子层面,对X射线会有反射作用,从而产生晶向。
详细见下图:分子层形成了C面分子层形成了M面分子层形成了A面分子层形成了R面分子层形成了N面3、晶向值形成的原因:X射线在经过分子层后,会产生折射与反射。
在特定的某个角度入射会让反射的X光呈现平行状态(如下图),接收器接受的X射线强度比较大,该角度称为晶向值。
但由于各个面的分子层间隙不同,所以产生的晶向值也不同。
标准晶向值如下:C面:20°50′A面:18°55′M面:34°06′R面:26°16′N面:21°43′入射角,也叫做晶向值。
分子层间隙,各晶向分子层间隙不同,晶向值也不同。
4、分子晶向图在下图中可以直观的瞧出蓝宝石分子晶向。
5、蓝宝石分子结构,对其物理性能的影响。
a、光学性能:C轴均有晶光性,其她轴具有负光性。
(所以一般衬底行业都用C向晶片。
)b、硬度:A向硬度明显高于C向,具体表现在耐磨,耐刮,硬度高。
(我们磨A向砂轮需要特制的,或者明显降低研磨效率。
A向晶片大多用于作为窗口材料,如手表镜片)c、切割时M面易开裂:C面为平面,最好切。
A面为Z型锯齿状面,比较好切。
M面为阶梯锯齿状,不好切,容易切裂。
切割示意图如下:C向切割,平面,比较好切,不容易切裂A向切割,锯齿面,比较好切,不容易切裂M向切割,阶梯状锯齿面,不好切,很容易切裂6、晶向对其其她性能的影响。
未知,有其她的客户反馈,以OF面为底面2寸晶棒在R9点钟方向的晶棒不容易裂片,也有其她客户反馈,以OF面为底面4寸晶棒在R3点钟方向的晶棒不容易裂片。
个人觉得,因为蓝宝石的结构的对称性,R3与R9并没有太大的区别,只就是分子有些不同,具体应该考虑使用的方面,通过实验确定。
两个N面的夹角线,无晶向。
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。
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1.晶向的本质是蓝宝石分子结构的问题：
上图为分子结构图，主要写了蓝宝石单晶六方晶系。
2. 蓝宝石晶向成像原理。
蓝宝石在这种分子结构的情况下，会有不同方向的分子层面，对X射线会有反射作用，从而产生晶向。
详细见下图：
分子层形成
了C面
分子层形成
了M面
分子层形成
了A面
分子层形成
了R面
分子层形成
了N面
3.晶向值形成的原因：
X射线在经过分子层后，会产生折射和反射。
在特定的某个角度入射会让反射的X光呈现平行状态（如下图），接收器接受的X射线强度比较大，该角度称为晶向值。
但由于各个面的分子层间隙不同，所以产生的晶向值也不同。
标准晶向值如下：
C面：20°50′
A面：18°55′
M面：34°06′
R面：26°16′
N面：21°43′
入射角，也叫做
晶向值。
分子层间隙，各
晶向分子层间
隙不同，晶向值
也不同。
4.分子晶向图
在下图中可以直观的看出蓝宝石分子晶向。
5.蓝宝石分子结构，对其物理性能的影响。
a.光学性能：C轴均有晶光性，其他轴具有负光性。
（所以一般衬底行业都用C向晶片。
）
b.硬度：A向硬度明显高于C向，具体表现在耐磨，耐刮，硬度高。
（我们磨A向砂轮需要特制的，或者明显降低研磨效率。
A向晶片大多用于作为窗口材料，如手表镜片）
c.切割时M面易开裂：C面为平面，最好切。
A面为Z型锯齿状面，比较好切。
M面为阶梯锯齿状，不好切，容易切裂。
切割示意图如下：
C向切割，平面，比较好切，不容易切裂
A向切割，锯齿面，比较好切，不容易切裂
M向切割，阶梯状
锯齿面，不好切，
很容易切裂
6.晶向对其其他性能的影响。
未知，有其他的客户反馈，以OF面为底面2寸晶棒在R9点钟方向的晶棒不容易裂片，也有其他客户反馈，以OF面为底面4寸晶棒在R3点钟方向的晶棒不容易裂片。
个人觉得，因为蓝宝石的结构的对称性，R3和R9并没有太大的区别，只是分子有些不同，具体应该考虑使用的方面，通过实验确定。
两个N面的夹角线，无晶向。