人工蓝宝石加工介绍.ppt

主要化学成分:Al2O3晶体结构：六方晶格结构掺杂不同的金属离子而呈现不同颜色硬度：莫氏硬度9熔点高化学稳定性好电绝缘性透明度高（对近紫外到中红外的光都不吸收）除红宝石以外的所有刚玉宝石的通称除红宝石以外的所有刚玉宝石的通称2021/5/271蓝宝石晶体生长方法溶液生长溶液生长熔体生长熔体生长气相生长气相生长紫氏拉晶法紫氏拉晶法 即即:提拉法提拉法(CZ)凯氏长晶法凯氏长晶法 即即:泡生法泡生法(KY)热交换法热交换法(HEM)2021/5/272提拉法加工工艺：（1）将原料加热熔融至熔汤(2)利用一籽晶(单晶晶种）插入到熔汤中（温度适宜籽晶不会融化）(3）慢慢向上提拉和转动晶杆，同时缓慢降低加热功率，籽晶就会不断长粗。控制好加热功率就能够得到所需直径的晶体。泡生法的加工工艺与提拉法的区别：加工工艺大致相同，但泡生法开始提拉，旋转晶杆至籽晶缩颈形成晶肩，停止提拉保持旋转，控制熔体温度缓慢冷却，待结晶。2021/5/273热交换法装置示意图热交换法的工艺流程 将装有原料的坩埚放在热交换器中心，籽晶置于坩埚底部中心处并固定于热交换器一端，加热坩埚内的原料至完全熔化。由于氦气流过热交换器起冷却作用，籽晶并不熔化。待温场稳定后逐渐加大氦气流量，氦气从熔体中带走的热量随之增大，使熔体延籽晶逐渐凝固并长大，同时逐渐降低加热温度直至整个坩埚内的熔体全部凝固。2021/5/274项目项目提拉法提拉法泡生法泡生法热交换法热交换法晶体形状 晶体尺寸受尺寸限制，目前直径和有效长度均小于150mm较大尺寸，目前一般为3590Kg大尺寸，目前一般为65100Kg晶体质量好较好好后续加工直接切棒、切片需退火处理、掏棒，再切棒、切片需退火处理、掏棒，再切棒、切片棒状梨状梨状2021/5/2753 3 蓝宝石衬底加工流程蓝宝石衬底加工流程 蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶体加工而成.其相关制造流程如下:蓝宝石晶体 晶棒 晶棒 基片 2021/5/276 蓝宝石晶棒制造工艺流程蓝宝石晶棒制造工艺流程蓝宝石晶棒加工流程 晶体晶体 晶棒晶棒长晶长晶:利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体定向定向:确保蓝宝石晶体在掏棒机台上的正确位置,便于掏棒加工掏棒掏棒:以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒滚磨滚磨:用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸精度品检品检:确保晶棒品质以及以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格 机械加工2021/5/277 蓝宝石基片制造工艺流程蓝宝石基片制造工艺流程晶棒晶棒 基片基片定向定向:在切片机上准确定位蓝宝石晶棒的位置,以便于精准切片加工切片切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄的晶片研磨研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度倒角倒角:将晶片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘的机械强度,避免应力集中造成缺陷抛光抛光:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度清洗清洗:清除晶片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等)品检品检:以高精密检测仪器检验晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求 机械加工2021/5/2784 4 蓝宝石基板应用种类蓝宝石基板应用种类 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。3:图案化蓝宝石基板(Pattern Sapphire Substrate简称PSS)以成长(Growth)或蚀刻(Etching)的方式,在蓝宝石基板上设计制作出纳米级特定规则的微结构图案藉以控制LED之输出光形式，并可同时减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷，改善磊晶质量，并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。2021/5/279蓝宝石结晶面示意图最常用来做GaN磊晶的是C面(0001)这个不具极性的面,所以GaN的极性将由制程决定 (a)图从C轴俯看 (b)图从C轴侧看2021/5/2710图图9:纳米图案化蓝宝石基板图纳米图案化蓝宝石基板图2021/5/2711在半导体产业的发展中,一般将Si、Ge 称为第一代电子材料 而将GaA s、InP、GaP、InA s、A lA s 及其合金等称为第二代电子材料;宽禁带(E g 213eV)半导体材料近年来发展十分迅速,成为第三代电子材料,主要包括SiC、ZnSe、金刚石和GaN 等.同第一、二代电子材料相比宽禁带半导体材料具有禁带宽度大,电子漂移饱和速度高,介电常数小,导热性能好等特点,抗辐射、高频、大功率和高密度非常适合制作集成的电子器件;而利用其特有的禁带宽度,还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器件和光探测器件.2021/5/2712