大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件-产业化项目资金可行性研究报告.doc

大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化
项目资金申请报告
国家产业升级和结构调整专项项目

项目资金申请报告

项目名称：大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化
项目建设单位：哈尔滨某某光电技术有限公司
建设地址：
联系人：
联系电话：08
传 真：
电子邮件：
项目主管部门：黑龙江省经济委员会
申报日期：二〇〇八年十一月二十日

35

国家产业升级和结构调整专项项目

项目资金申请报告

项目名称：大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化
项目建设单位：哈尔滨某某光电技术有限公司
建设地址：哈尔滨市某某开发区海宾路6号
联系人： 某某
联系电话：
传 真：
电子邮件： m
项目主管部门：黑龙江省经济委员会
编制单位：司
申报日期：二〇〇八年十一月二十日

目 录
1 项目单位的基本情况和财务状况 1
1.1项目单位的基本情况 1
1.2公司目前的产品、技术及市场情况 1
1.3公司的财务状况 3
2 项目的基本情况 4
2.1项目建设目的 4
2.2项目建设背景 5
2.3产品的市场情况 12
2.3.1航空航天用大尺寸平板状蓝宝石光电窗口 12
2.3.2民用半导体照明领域对蓝宝石材料的需求 13
2.3.3大尺寸、高品质蓝宝石军工窗口及器件 17
2.3.4其他功能器件 18
2.4建设内容 18
2.5总投资及来源 20
2.6项目的技术工艺情况 20
2.6.1项目的技术专利情况 20
2.6.2.技术中试鉴定情况 21
2.6.3项目的技术原理 23
2.6.4项目技术产业化成熟性分析： 26
2.6.5曾经承担过的国家高技术产业化示范工程项目情况 26
2.6.6项目产业关联度分析 28
2.7各项建设条件落实情况 29
2.7.1基本条件落实情况 29
2.7.2环境保护 30
2.7.3资源综合利用 31
2.7.4节能措施 31
2.7.5原材料供应 32
3 申请政府补助的主要原因和政策依据 33
4 项目招标内容 34

1 项目单位的基本情况和财务状况
1.1项目单位的基本情况
项目单位：“哈尔滨某某光电技术有限公司”是由哈尔滨工业大学实业开发总公司、哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所、与部分自然人合资创建的有限责任公司，公司注册资本2000万元人民币。公司于2006年4月2日工商注册登记，公司地址：哈尔滨某某经济开发区海宾路6号。
公司主要从事蓝宝石晶体材料生产及加工、航空航天光电窗口、半导体衬底晶园、衬底片、半导体器件、蓝宝石专用设备等的加工制造及生产技术开发。公司占地42000平方米，现有建筑面积13000平方米，具有自主研发的大尺寸、高质量蓝宝石晶体炉40台套，专用晶体加工设备35台套。公司内有一支充满朝气，富有开拓能力的技术队伍，公司现有员工72人，其中具有博士学位的员工5人，高级技术职称人员19人，具有较强的研发实力。企业管理制度健全，经营管理理念紧跟时代发展；企业生产基础好，市场开发队伍健全，产品市场竞争力强，可全部替代进口，竞争优势明显。
1.2公司目前的产品、技术及市场情况
公司主导产品为半导体衬底晶圆、激光窗口，目前月产值400万元左右，其中：60%以上出口，产品国际市场占有率5%，国内高端市场占有率85%以上。公司于2008年3月通过ISO9001-2000质量管理体系评审，获得权威机构认证。
为进一步促进公司的发展，加快公司高新产品的市场占有率，形成规模化效益，公司与2008年10月27日同香港星彩科技股份有限公司签订了投资协议，香港星彩科技股份有限公司将为我公司蓝宝石产业发展注入资金15000万元，用于扩大产业化规模，产品的深加工及国际市场化。
公司拥有自主知识产权（获得国家发明专利一项，实用新型专利一项，其他4项专利正在申请中），产品技术水平国际领先。公司产品先后获得法国RSA公司，日本日亚光学、昭和电工、信光社、日立电子，以色列Gavish、英国LENGTEC、德国尼布丁、意大利马波斯（Marposs）、台湾国邦光学、晶美应用材料技术、兆远光电、兆晶光学、香港晶石光学、香港和昌隆、国内613所、209所、11所、717所、大连淡宁、大连路美、深圳世纪晶圆、山东华光等多家公司的合格分供商质量认定，产品供不应求，目前销售合同已经签订值2009年底。公司是国内唯一的直径大于4英寸的激光窗口境内供货商，目前公司蓝宝石晶体材料的产能全球排名第4位。
公司2007年9月份起，公司在土建完工后开始购置、安装、调试蓝宝石生长加工设备，同时改进、固化工艺进行试生产，并于当年实现销售收入210万元。
公司于2006年度承担国家发改委软件及信息化高技术产业化示范工程项目“2-7英寸半导体衬底晶圆及其专用设备的产业化”，并于2008年3月通过国家发改委的产业化验收，该项目填补了我国在大尺寸蓝宝石晶体及其专用设备制造方面的产业化空白，为我国的相关行业发展奠定了坚实的基础。
公司2007年度承担了科技部国际合作项目“直径300mm大尺寸蓝宝石晶体生长技术的研究”，并于2008年6月成功的生长出直径325mm,重量：68.68公斤的高品质蓝宝石，经过优化和改进，目前公司在晶体单体重量（大于65公斤）、直径（大于320mm）、晶体生长的成功率(大于70%)、生长制造成本（低于1200元/公斤）等方面在全球处于领先地位。
1.3公司的财务状况
至2008年10月底，公司已有建筑物总面积13000平方米，具有自主研发的大尺寸、高质量蓝宝石晶体炉40台套，专用晶体加工设备35台套。至2008年10月31日，公司资产总额9760万元，流动资产4369万元，固定资产5139万元，无形资产253万元；流动负债3958万元，长期负债1410万元，负债总额5368万元，资产负债率55%。2008年1—10月累计销售收入3460万元，利润总额433万元。

2 项目的基本情况
2.1项目建设目的
为缓解目前国内航空航天、光电子、军工领域高品质蓝宝石窗口、器件和衬底片供不应求的局面，本项目在现有大尺寸蓝宝石晶体的技术、产能、产品质量优势的基础上，进一步开展大尺寸蓝宝石晶体的深加工的产业化，完善产品系列、拓宽产品领域，使公司从大尺寸蓝宝石晶体材料制造优势升级为蓝宝石系列高端产品的优势，替代进口，为国内相关行业的发展奠定材料、产品加工、技术配套基础。
大尺寸高品质蓝宝石是重要的战略基础材料，其器件的产业化可填补国内空白，满足国内外市场对光电窗口、半导体衬底、陀螺，整流罩等关键器件的迫切要求，其产业化可大大提高我国在相关产业的核心竞争力，对推动优势产业的形成，具有基础性、战略性意义。
该项目符合国家产业化政策和可持续发展战略，是目前国家航空制造业、半导体照明产业、部分国防装备亟待突破的重要环节，市场前景广阔；
该自主知识产权项目产业化后可使我国成为继美国、俄罗斯后世界第三个独立制造关键器件的国家，可形成年创汇8000万美元的能力，可塑造自主品牌，使企业短时间内跻身国际同行业前2位；
项目有利于拉动内需，增加就业渠道，具有极强的行业带动能力。
我国光电子行业中，高亮度半导体照明LED衬底材料95%以上需要进口，本项目的实施，可直接为国内相关厂家提供国际标准的衬底材料，直接替代进口。
我国航空制造业在光电窗口、光电陀螺、高品质航空轴承、三光一体化窗口等方面与国家发达国家存在明显得差距，本项目的实施，可在短时间内填补国内在该方面的产业空白，突破技术瓶颈及封锁，推动相关行业的发展及技术进步起到积极的作用。
21世纪是光电子时代，关键的材料、器件技术是其发展的基石，在军工、国防关键材料及器件、电子对抗、光通讯、数据传输等方面，蓝宝石器件的战略地位十分重要，如高速导弹、飞行器窗口和整流罩，激光窗口，红外窗口，深空探测窗口等，大规模集成电路衬底等。
综上：本项目在自主创新基础和前期产业化基础上，通过引进先进的设备和探索、优化产业化技术，可打破发达国家垄断及封锁，填补国内急需的大尺寸的军民两用的蓝宝石光电窗口和器件的空白，为我国的光电子产业提供必备的关键战略材料和器件，为我国民用航空、国防、航天和相关高科技民用领域提供必备的技术和产品支持。
2.2项目建设背景
蓝宝石（a-Al2O3）又称白宝石，是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料。其结构中的氧原子以接近HCP（hexagonal closed packed）的方式排列，其中氧原子间的八面体配位约有2/3的空隙是由铝原子所填充，由此使它具有强度、硬度高(莫氏硬度9)，耐高温(熔点达2050℃)、耐磨擦、耐腐蚀能力强，化学性质稳定，一般不溶于水，不受酸腐蚀，只有在高温下(3000C以上)才能为氢氟酸(HF)、磷酸(H2PO4)以及熔化的苛性钾(KOH)所侵蚀；且具有同氮化镓等半导体材料结合匹配性好、光透性能、电绝缘性能优良等一系列特性。
蓝宝石单晶首先是作为红外窗口材料而提出。因其具有优良的光学、机械、化学和电性能，特别是具有中波红外透过率高等特性，从0.190μm至5.5μm波段均具有很高的光学透过率，因此被广泛用作微波电子管介质材料，超声波传导元件，延迟线，波导激光器腔体及精密仪器轴承，天平刀口等光学元件以及红外军事装置、空间飞行器、高强度激光器的窗口材料。以白宝石单晶片为绝缘衬底材料的SOS器件则具有高集成度、高速度、低功耗和抗辐射能力强等优点。近年来民用手表的表面大量使用白蓝宝石，其特点是光洁度高、硬度高、耐磨损。表1给出了蓝宝石单晶的基本性能。
表1 蓝宝石单晶材料基本性能
晶体性能
化学式
a-Al2O3
式量
101.9612
晶系
六方晶系
晶格常数及方向
a=4.758Å(0001)，c=12.991Å
空间群
R3c
单位晶胞中的分子数
2
光学性能
透过波段/mm
0.14-6
折射系数n
3mm
1.713
4mm
1.677
5mm
1.627
吸收系数a
3mm
0.0006
4mm
0.055
5mm
0.92
毫米波特性
折射系数n
34GHz
3.0568
94GHZ
3.0568
吸收系数a
34GHz
0.009
94GHZ
0.029
损耗角正切tgd
34GHz
0.0004
94GHZ
0.0005
机械和热学性能
密度/g/cm3
3.98
硬度/kg.mm-2
2200
熔点/℃
2053
沸点/℃
2980
断裂韧性/MPa.m1/2
2.0
断裂强度/MPa
400
杨氏模量/GPa
380
热导率/W.m-1.K-1
24
热膨胀系数/10-6.℃-1
8.8
比热(J/g)
0.782
热容(J/mol.K)
77
泊松比
0.27-0.29
抗热冲击品质因子
2.10
电阻率(W.cm)
1014
蓝宝石单晶作为一种优良透波材料，在紫外、可见光、红外波段、微波都具有良好的透过率，可以满足多模式复合制导（电视、红外成像、雷达等）的要求，在军事工业等领域被用作窗口材料及整流罩部件，在光电通讯领域作为重要的窗口材料使用。
蓝宝石材料可以生长制备大尺寸的单晶，其内部缺陷很少，没有晶界、孔隙等散射源，强度的损失很小，透波率很高，是目前透波部件的首选材料；此外，由于蓝宝石电绝缘、透明、易导热、硬度高，因此可以用来作为集成电路的衬底材料，可广泛用于发光二极管（LED）及微电子电路，从而替代高价的氮化硅衬底，制作超高速集成电路；可以做成光学传感器以及其它一些光学通信和光波导器件。如高温高压或真空容器的观察窗、液晶显示投影仪的散热板、有害气体检测仪和火灾监测仪的窗口、光纤通讯接头盒等。
蓝宝石单晶制备的研究开始于19世纪末，1904年，法国人用熔焰法最先获得了较大尺寸的蓝宝石晶体，经过近百年的发展，制备蓝宝石单晶的技术日趋完善。目前已有提拉法（Czochrolski）、熔焰法（Vernuil）坩锅移动法（Bridgman-Stockbarger)、温度梯度法（TGT）、导模法（EFG）、热交换法 (HEM)、水平定向凝固法（GHK）、泡生法（GOI）等多种制备方法，而适于生长大尺寸蓝宝石单晶的技术主要有：热交换法、水平定向凝固法、泡生法及温度梯度法、及本项目所采用的冷心放肩微量提拉法等。
1993年，俄罗斯的S.I.Vavilov State Optical Institute研究所报道了采用GOI法合成φ300mm的蓝宝石晶体。乌克兰的单晶研究所（Institute for Single Crystal）采用定向凝固法制备了大尺寸板状晶体350×200×35mm，该工艺采用保护性气氛代替了晶体生长时的高真空环境，并且用廉价的碳材料代替热交换器用的昂贵金属材料，极大的降低了生产成本。
我国在大尺寸蓝宝石单晶的合成方面与国外有较大的差距，尤其在蓝宝石晶体的生长技术、生长装备及加工技术方面，至今不少单位仍然使用较为传统的提拉法、熔焰法生长氧化物单晶材料，由于机械传动过程中震动很大，电器自动控制精度低，温度场设计不合理等问题，很难满足晶体生长的基本条件。制备的晶体质量、成本很难满足使用要求，成为困扰相关产业发展的技术难题。我国在蓝宝石晶体材料的加工技术方面和国际先进水平存在明显差距，主要是晶体材料利用率低、加工表面质量差、表面损伤层大、加工后衬底材料定向精度难以满足使用要求，国内规模化生产LED用高品质蓝宝石衬底材料目前尚属空白。
国内在九十年代后期，针对大尺寸蓝宝石单晶体的生长技术取得了一定的进展，中国科学院上海光学精密机械研究所采用导向温梯法（与热交换法类似），生长出国内最大尺寸的φ120mm×80mm蓝宝石晶体，用于国家“氧碘强激光工程”窗口材料，这是目前为止我国的最好水平；1999年四川师范大学固体物理所采用提拉法生长出了直径大于φ40mm的蓝宝石单晶；2000年北京人工晶体研究所采用坩埚下降法生长φ80×90mm蓝宝石单晶。
我国蓝宝石晶体的产业化属起步阶段，目前主要产品为中低档产品，如用火焰法和提拉法制备直径范围在80mm以下的蓝宝石晶体，晶体质量只有少部分能达到光学级水平，如：云南玉溪蓝晶晶体有限公司、南京恒炼蓝宝石表面有限公司、大连淡宁光电技术有限公司等企业；上海光学精密机械研究所导向温梯法的产业化工作尚在起步阶段，据报道能加工制造5英寸（125mm）以下的蓝宝石晶体，由于受生长方向的限制，可加工基片直径尺寸小于100mm,材料利用率较低。
在国际上能够通过产业化生产制造直径超过150mm大尺寸蓝宝石晶体的国家只有美国和前苏联，有代表性的公司有：俄罗斯的Atlas公司、Monocrystal公司和Tydex等公司，生长出晶体尺寸最大为300mm，工艺方法为泡生法；美国的Crystal System Inc.是世界上最高水平的晶体制造公司，可生产φ300mm的大尺寸蓝宝石单晶体，采用的工艺方法为热交换法，其工艺成本较高。
我国晶体生长有悠久的历史,但现代人工晶体的系统研发起步较晚。经近半个世纪的发展，已可生产制备直径150mm的蓝宝石晶体，由一个基本上是空白的领域上升到在国际上占有一席之地，来之不易。我国在晶体材料方面取得了大量研究成果，但大尺寸蓝宝石晶体材料的生长技术，高利用率、低成本的晶体材料成型及机械加工技术开发应用尚处于研制水平较低阶段，对大多需求很难提供配套，更谈不上批量生产，难以满足供货量和货期的要求；大大的制约了相关领域的发展。
高品质、低成本的晶体材料生长技术是世界各国关注的难点和重点。从目前的技术水平来看，国际上能够产业化制造直径大于Φ200以上高品质蓝宝石衬底材料的只有俄罗斯、美国等三家公司，由于蓝宝石材料有着较强的军工应用背景需求，因此各国均将该项技术列为高度机密内容，相关研究报道仅仅局限在工艺角度，针对蓝宝石的特点和用途开发的专用设备及与之相配套的成型及机械加工技术的报道仅仅限于原理角度，我国在该方面的研究属刚刚起步，在基础理论、工艺、设备选配等方面的基础和经验几乎为零。
目前国内现有的用于蓝宝石晶体生长设备，是基于传统方法和技术开发建设的实验室级产品，无论从晶体质量、成本、工艺控制精度、工艺重现性、晶体尺寸、生产效率等方面均难以满足产业化的需求。
从工艺角度，大尺寸蓝宝石晶体生长周期长，工艺复杂。原材料纯度、处理状态、制备工艺参数等对晶体质量影响较大，需要针对不同工艺参数生长出晶体进行详细的性能测试和微观组织结构分析，在此基础上给出进一步改进的工艺参数和技术措施，才能开始下一轮次的晶体生长，达到不断优化工艺，获得高质量晶体材料的目的。然而大尺寸蓝宝石晶体生长周期大约在10天左右，准备和后处理工作7天左右，试件加工需要7天，质量检测、微观结构分析以及光电性能测试需要30天时间，工艺分析与模拟需要7天时间，这样一个正常的研究轮次需要近2个月的周期；大大拖延了研究周期。
蓝宝石晶体的硬度仅次于金刚石、为莫氏硬度9级，由于其脆性较大，很难加工，对于航空航天光电窗口而言，除了要求其表面光洁度较高（Ra<0.3nm）外，关键要求其晶面轴线的方向必须与C轴沿M轴方向的偏差<0.2度，对定向精度要求极高，目前国际上产业化规模较大的企业采用的是高精度定向设备，配合相应的加工技术如：高速研磨、化学机械抛光、腐蚀研磨等技术，国内在蓝宝石材料的高利用率、低成本加工技术方面尚属刚刚起步，无成功经验可以借鉴，是困扰我国蓝宝石材料技术发展的技术难题和瓶颈。
综上所述：困扰我国航空航天用高品质蓝宝石窗口部件产业化的主要问题集中在以下几个方面：
技术及装备落后。与美国、俄罗斯、乌克兰等国相比，我国用来生长晶体的单晶炉大多技术原理方法落后，设备自动化程度低，晶体尺寸小，质量难以达到光学级水平，材料利用率低，成本高。产品市场竞争力弱。
蓝宝石材料的低成本、高利用率成型及机械加工是技术瓶颈。蓝宝石材料硬度高、脆性大，半导体衬底材料加工需要定向精度在0.2度以内，并且晶轴的偏转方向是固定的，国内传统的蓝宝石加工技术是采用切割后再滚圆，很难达到国际标准要求的定向、表面损伤层厚度的要求，目前国内的小批量加工技术问题较多，产品质量稳定性、一致性差，并且质量检验标准与国际公认标准有明显距离，产能、技术保障等的局限难以争取长久的大用户。
成果转化及规模生产不足。我国在晶体材料方面虽取得了一定的研究成果，但这些成果大多只能提供样品，不能批量生产，难以创造更高经济效益。即使能够批量生产的产品，但加工尺寸及精度与国外相比均有较大差距，规模化生产不足，对来自国内外的大订单，一般难以满足供货量和货期的要求。
可见，尽快突破现有高品质蓝宝石材料及其高利用率、低成本加工的技术瓶颈，尽快实现关键窗口及器件的产业化，是未来技术发展的需求与必然。
2.3产品的市场情况
本项目的产品可广泛应用于民用航天、半导体衬底军工：
2.3.1航空航天用大尺寸平板状蓝宝石光电窗口
主要为光学探测器、传感器窗口，大尺寸平面镜衬底、激光窗口等，本部分市场年全球需求量为2亿美元，国内需求量为8000万人民币。
随着航空器的高速化、智能化、多功能的发展，对光电功能材料的要求也越来越高，传统的光学玻璃窗口已经很难满足使用要求，而蓝宝石材料在性能方面的独特优势使其成为透波窗口、整流罩、光电窗口、护板、陀螺、耐磨轴承等部件不可替代的材料，如利用蓝宝石材料制备的光电窗口透过率高，可承受各种气动载荷和温升等环境变化，同时蓝宝石材料属化学稳定性材料，其光电窗口具有耐盐雾、霉菌、雨蚀、光照等特性，蓝宝石材料耐磨损，其抗砂石和颗粒冲刷的能力是传统光学玻璃的10倍以上，蓝宝石材料的比重是钢铁材料的50%左右，其较高的结构强度特性在系统减重方面有着很大的优势。
蓝宝石材料的高温强度高，耐磨性能优异，比重小，性能均匀化程度高，是航空类轴承的首选材料，据文献报道，国外小型直升机，民用航空器中蓝宝石轴承占总陶瓷类轴承的比例已经由原来的3-5%提高到2007年度55%，市场前景广阔。
根据国家中长期发展规划，未来5-10年内国内民用航空也将会有较大的发展，直升机、大型客机、运输机等项目将会有很快的发展，关键的窗口材料如：雷达窗口、光电窗口，三光合一窗口，光电吊舱等窗口部件的市场需求量将大于15万片，市场价值150亿元左右。主要是大尺寸（直径大于162mm）的光学级晶体。由于受到知识产权等限制，目前国内尚无其他公司及实体可供货。
我公司的蓝宝石窗口材料目前已进入航空航天、军工领域的市场，全面替代进口产品，并得到用户的使用确认和好评。目前在国内军工和航空航天领域产品的年销售额已达到1700万元。
2.3.2民用半导体照明领域对蓝宝石材料的需求
由于发光效率提高近10倍，寿命是传统灯具的20倍以上，兼有绿色、环保等优点，LED（发光二极管）为主要器件的半导体照明产业在近年内得到了飞快的发展；我国自2003年开始启动国家半导体照明工程，国际上众多国家已经将半导体照明列为未来发展的重要计划，并付诸实施。
以下是近年国内外LED的发展情况（由斯迪顾问有限公司提供）
▲2007年全球LED市场规模达到175.4亿美元，增长27.6%。其中普通LED市场全年销售额为76.8亿美元，增长8.8%，高亮度LED市场全年销售额为92.5亿美元，增长39.1%，超亮度LED销售额为6.2亿美元，更比2005年增长了75%，成为未来几年最具有成长力的市场。而高亮度LED的销售额占全年总销售额的61.2%，成为2007年全球LED市场的主要力量。信号灯，移动电话，显示，LCD背光源成为LED的主要应用市场。
▲2007年中国LED市场销售额230.5亿元，增长38.5%。从LED所用的材料上看，2007年国内生产的以InGaAIP为材料的LED达到20.4亿只，增长26.9%，生产以GaN为材料的LED为5.9亿只，增长25.8%。目前，中国LED应用范围包括显示屏、手机、指示灯，LCD背光源，照明、装饰灯等领域。在高亮度LED的应用市场中，手机是最主要的应用领域。
▲高亮度LED，特别是白光LED市场需求旺盛。随着半导体照明技术的不断发展，LED越来越多的进入到各种照明领域中。如景观照明、建筑物外观照明和一些辅助照明等，使得市场对于LED特别是高亮度LED的需求不断扩大。其中，随着带有拍照功能的手机占整机产量的比重日益增大，做为闪光灯用的白光LED需求快速增长。白光LED市场发展迅速，成为市场中的又一重要力量。
▲未来5年中。LED将更加广泛的应用于各种照明灯，装饰灯，汽车等领域。在这些领域中将主要使用白光LED。为了满足这些领域的使用要求，三波长全彩、低成本，高亮度，高能量转化效率将成为未来白光LED的发展趋势，且终将成为市场主流，成为取代荧光灯，节能灯等传统光源的新型半导体光源。
▲2008年中国LED市场规模将有望达到210亿元，增长20.1%。2008年-2009年中国LED市场的年复合增长率为19.6%。2008年-2009年中国高亮度LED市场的年复合增长率达到25.8%。超高亮度LED市场2008年销售额为8亿元，增长40.9%。2008年-2009年中国超高亮度LED市场的年复合增长率为45.4%。
蓝宝石材料是氮化物半导体衬底、集成电路衬底的首选材料，在特殊要求环境下，还没有替代产品，随着电子信息技术的发展，尤其是半导体照明产业的飞速发展，对蓝宝石基片的市场需求也越来越强烈。
蓝宝石材料在LED应用领域一直处于供不应求的状况，台湾新竹工业园（台湾主要LED生产园区，产能占世界总产能近32%）2007年度的产业发展报告很清楚的说明了这一点。“台湾市场目前2英寸晶棒月供应量为120K/M, 90%以上依赖Rubicon供应材料，数量约为100K/M, 台湾市场目前可供应磊晶的2英寸蓝宝石抛光片基板约为220K/M pcs, 台湾市场目前磊晶需求的抛光片约为400K/M pcs。需求远远大于生产能力”。
目前国际各家大的蓝宝石生产厂纷纷将生产重心转向利润率更高的3-6英寸晶棒，使得2英寸晶棒价格由2006年底的8.2$/mm,上涨到4月中旬的9.1$/mm，上涨幅度大于10%，该价格由于产能的严重不足将在高位维持很长一段时间。表2是全球主要蓝宝石供应商的供应能力情况
表2 全球主要蓝宝石供应商的供应能力情况
供货商名称
所在地
晶棒产能(mm/m)
主要供应地区及规模
Monocrystal
俄罗斯
150K (2”)
欧、美、日本（3” 、4” 、6”）为主
Rubicon
美国
150K (2”)
台湾（２”）、欧、美、日本（3” 、4” 、6”）
Kyocera
日本
200K (2”)
自给自足
Atlas等
俄罗斯
50K (2”)、
欧、美
STC
韩国
15K(2”)
韩国、台湾
据不完全统计：国内仅2英寸衬底基片月需求就在30万片左右；年需求400万片左右；出口部分市场需求更大，保守估计每月80万片左右；年1000万片左右；约需晶体1000-1500吨左右。随着对降低成本的要求，该部分市场的竞争会趋于白热化，高技术、低成本将成为该类产品发展的主题。
在2008中国深圳国际半导体照明展览会（CHINA SSL’08）上，本公司产品获得了中外客商的广泛关注，其中，日本Namiki、Shinkosha，台湾兆晶科技股份有限公司、台湾晶向科技股份有限公司、台湾晶美英用材料股份有限公司、美国路美公司等等主要生产厂商均对本公司产品提出采购意向，目前公司产品已通过台湾晶向公司、兆晶公司、晶美公司、日本Shinkosha公司的质量审查，并获得合格分供商资格认定。公司目前的产能为30吨/月，其中2英寸晶棒全部被台湾晶美公司包销，3-6英寸产品销往国内外多家公司及军工单位。由于产能有限，尚不能完成大量的订单任务。
随着对降低成本的要求，该部分市场的竞争会趋于白热化，高技术、低成本将成为该类产品发展的主题。这将为我公司的产品提供更好的市场竞争机会。
2.3.3大尺寸、高品质蓝宝石军工窗口及器件
蓝宝石军工窗口，如：新一代武器装备急需的球面、非球面、非对称截面、曲面窗口等，本部分市场年全球需求量为3亿美元，国内需求量为2亿人民币；
随着导弹、战机、军舰、雷达、激光、电子对抗等武器装备的更新换代，对高速化、小型化，多功能复合的光电窗口及器件的需求也越来越大，蓝宝石窗口是马赫数大于2的高速整流罩、光电窗口的首选材料。如美国雷神公司的怪蛇-9号空空格斗导弹，自海湾战争以来已经生产了近1.5万发，仅此一项，就需求蓝宝石整流罩近2万片，苏-27型战斗机，如采用传统的玻璃窗口，每次飞行后都要更换，采用蓝宝石光电窗口后可保证20个飞行架次免维护。
据美国洛克希德-马丁公司统计，至2007年底，全球军事工业用蓝宝石材料的市场预计超过3亿美元，其年增长速率将大于25%。按此计算，年需求的各类窗口数量将超过30万件。
2.3.4其他功能器件
高品质蓝宝石光电陀螺类产品，如小型激光陀螺，直径300mm以内的转向、稳定，抗过载陀螺等，本部分市场全球需求量为3000万美元，我国每年的需求量约1000万人民币；
其他民用窗口，如新一代贵族手机窗口，平民手机窗口，光电遥控器窗口，照相机外护镜头，条码机耐磨窗口，投影仪保护棱镜，光电管感光棱镜等，全球市场需求年1.5亿美元，国内预计8000万人民币。
耐磨类零部件一直占蓝宝石晶体用量的35%左右，如钟表表蒙、超市用条码机光电窗口、手机显示屏、耐磨轴承等，其市场需求量极大，以手表表蒙为例，仅深圳富士光学公司年出口量在5000万片以上，目前手机显示屏的年需求已经大于50万片，预计在3-5年内其增长速率将会大于50%，年需求晶体200吨以上。
综上所述，对于高品质蓝宝石材料及其窗口器件，国内外市场需求量极大，发展较快，前景光明。
2.4建设内容
本项目拟建设大尺寸高品质蓝宝石晶体生长生产线一条，大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件加工生产线一条，新增晶体生长、加工、检测设备145台套，形成年产60吨高品质、大尺寸蓝宝石晶体，40万件制品的生产能力。
项目建设地点：哈尔滨市某某经济技术开发区海宾路6号，哈尔滨某某光电技术有限公司院内。
项目建设周期14个月，主要包括设备的选型招投标，电力增容和招投标，设备安装调试，工艺优化固化，人员培训、试生产、正式生产等；
新增主要设备见表3：
表3 新 增 主 要 设 备 清 单
序号
设备
用途
设备名称
型号规格
数量
(台套)
单价
（万元）
总价
（万元）
备注
1

单晶炉
HITS-280
40
180.00
7200.00

2
单晶定向仪
XRD-27
5
13
65.00

3
超声振动头
SSK-6
35
23.6
912.00

4
专用数控线锯床

3
60.00
180.00
进口
5
数控外园磨床

8
44.00
352.00

6
金刚石切片锯床

2
270.00
540.00
进口
7
工装及夹具

25
1.20
30.00

8
晶体质量激
光检测仪

2
13.50
27.00

9
窗口几何尺寸
精度检测仪

1
224.00
224.00
进口
10
数控立式铣床
LC-2000
12
8.00
96.00

11
数控平面磨床
PM-7132N
11
16.00
176.00

12
双晶衍射仪

1
32.00
32.00

13
刀具磨床

1
13.5
13.5

14
数控铣磨中心

1
560.00
560.00
进口
15
研磨抛光设备

25
4.60
115.00

合计

172台（套）
10564.00

2.5总投资及来源
项目建设总投资16500万元，其中：固定资产费用：14700万元，项目流动资金：1800万元。
本项目建设拟企业自筹资金10650万元，银行贷款3650万元，申请国家资金支持2200万元。
2.6项目的技术工艺情况
2.6.1项目的技术专利情况
本项目高品质蓝宝石晶体生长采用的工艺技术方法名称为：冷心放肩微量提拉法， 该技术成果是在传统的泡生法基础上经近3年时间的研究探索得出的，目前该技术已获国家发明专利，证书号：CN200510010116.4（见附件4）
蓝宝石晶体材料的高利用率、低成本加工方法采用专利：“蓝宝石棒材的超声振动磨削加工方法”（专利申请号：200710072016.3）及“超声振动磨削复合加工刀具”（授权专利号：200720115929.4）（见附件4）
技术来源及权属情况：2005年，哈尔滨工业大学批准成立哈某某光电技术有限公司，并将冷心放肩微量提拉技术以技术入股投资形式投入到公司（哈尔滨工业大学文件校企发[2005]673号文件：《关于同意以无形资产投资入股并以股权奖励研发人员的决定》），目前该技术的所有权属哈尔滨某某光电技术有限公司。（见附件5）；专利技术“蓝宝石棒材的超声振动磨削加工方法”（专利申请号：200710072016.3）及“超声振动磨削复合加工刀具”（授权专利号：200720115929.4）为公司职务发明。
2.6.2.技术中试鉴定情况
2003年，根据国内外市场需求，哈尔滨工业大学结合前期科研基础，开展了“冷心放肩微量提拉法”大尺寸蓝宝石单晶制备技术的中试研究工作，提出“2-7英寸蓝宝石衬底晶圆及其专用设备的工业性试验研究”，旨在开展大尺寸、高性能蓝宝石晶体材料及其制品的产业化前期研究工作;针对大尺寸蓝宝石晶体及其制品产业化工作可能出现的技术难题和瓶颈，探索大尺寸、高质量蓝宝石晶体及制品的低成本、高效加工技术，为项目的进一步产业化提供技术保障，完成的主要工作内容有：
(1)大尺寸蓝宝石晶体材料生长过程的数字模拟与工艺优化。
(2)大尺寸蓝宝石晶体生长炉的研制。
(3)大尺寸蓝宝石晶体材料制备工艺的优化。
(4)工业化生产过程的质量成本控制。
2005年，该项目通过了黑龙江省科技厅组织的成果鉴定（见附件6），鉴定结论意见如下：
v 采用本项目工艺方法及专用设备制备的蓝宝石单晶体，尺寸可达Φ220x200mm以上，可加工成2-7英寸LED用衬底晶圆。其专用设备长时间连续工作稳定性好，功率控制精度可达万分之一瓦，提拉精度可达0.1μm，所加工晶圆在可见光范围内透过率大于80%，光学不均匀性小于3%，晶圆综合利用率不小于30%。
v 针对大尺寸蓝宝石晶体工业化生产过程中的技术难题，课题组在大量的数值模拟及工艺探索的基础上，提出了冷心放肩微量提拉的方法。在装置设计上，采用预应力结构发热体，预留膨胀空间及搭接结构隔热屏，通过合理的散热结构设计提高熔体冷心对中精度。工艺上，在冷心处放肩、 通过合理的控制发热量及提拉速度，为低成本工业化生产大尺寸高质量的蓝宝石晶体提供了一条有效的途径。
v 通过对工艺、设备结构、原材料及热区材料、结晶方向的优化及合理选择，合理的提高了原材料及热区材料利用率；有效控制了晶体结晶过程中缺陷萌生几率，降低了材料光学不均匀性，提高了加工成晶圆的成品率及其透过率，建立了工业化生产中成本及质量控制的方法。
v 综上所述：该课题形成的大尺寸蓝宝石生长工艺和专用设备技术已经比较成熟，所建立的冷心放肩微量提拉工艺及专用设备已能够生产尺寸不小于Φ220X200毫米的蓝宝石单晶，满足LED用2-7英寸蓝宝石衬底晶圆的要求，单晶尺寸和主要技术指标达到国际同类产品的先进水平。
建议尽快完善晶圆切割工艺及设备，充分发挥大尺寸晶体的优势，早日实现产业化，满足市场对蓝宝石衬底晶圆的迫切需求。
通过工业性试验研究，解决了产业化过程可能出现的技术难题，为该项目的产业化生产应用打下了坚实的基础。
2.6.3项目的技术原理
晶体生长的技术原理
冷心放肩微量提拉法是在高真空环境下，加热坩埚内的原料，使之熔化，利用平衡温度场原理，采用顶部籽晶提拉方式生长晶体，与传统的泡生法（见图1 ）不同的是，利用特殊控制手段，在冷心处放肩，在保证晶体尺寸的同时，通过合理的控制能量及微量提拉获得高质量晶体，由于在整个晶体材料的生长过程中，外部影响因素较少，晶体品质、质量、尺寸均会得到严格的控制。原材料利用率超过97%。由于在高真空条件下实施工艺，热区材料损耗小，工艺控制简单方便，重现性强。工艺成本低于传统工艺方法。

图1 泡生法的原理图
从生长大尺寸高质量的蓝宝石晶体角度，泡生法无疑是最先进、最经济的方法。这一点已被国外多家公司的产业化实例所证明。冷心放肩微量提拉法是从泡生法技术基础上发展出来的新方法，在提拉方式、能量控制、温度场设计等方面均较泡生法有明显的改进，具体体现在：
l 冷心放肩保证了能够生长大尺寸晶体，整个结晶过程晶向遗传特性良好，保证材料的优良品质。
l 通过高精度的能量控制配合微量提拉，使得在整个晶体生长过程中无明显的热扰动，缺陷可能萌生的几率较其它方法明显降低。由于提拉速度降低，工艺时间较泡生法延长5%左右，单块晶体成本增加600元左右。
l 合理的温度场设计使得高温区内材料寿命提高，大大降低了生产制造成本。与泡生法相比，仅此一项，每生产一块晶体可节约1500-2500元人民币。
l 晶体尺寸大，材料的综合利用率是泡生法的1.2倍以上。
l 采用冷心放肩微量提拉法理论上可生长直径大于30