蓝宝石技术多样发展 泡生法渐成市场主流

一、蓝宝石产业概况

蓝宝石晶体的化学性质非常稳定，具有熔点高(2050℃)、硬度大(莫氏硬度9级，仅次于金刚石)的特点，且具有很好的透光性，热传导性和电气绝缘性，以及力学机械性能好，耐磨和抗风蚀等优良的光学和物理化学特性。

因此，蓝宝石是微电子及光电子产业极为重要的基础材料，广泛应用于半导体、微电子、光电子、信息显示、光通讯、激光、精密机械、国防军事等众多领域。随着科学技术的发展，对蓝宝石晶体材料的尺寸、质量不断提出新的要求。现在，随着半导体照明及其他新兴应用的迅速发展，低成本、高质量、大尺寸的蓝宝石晶体的市场需求正在急剧扩大。

自1885年由Fremy、Feil和Wyse利用氢氧火焰熔化天然红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”，迄今人工生长蓝宝石的研究已有100多年的历史。一百多年来，为了适应科学技术的发展和工业生产对于蓝宝石晶体质量、尺寸、形状的特殊要求，为了提高蓝宝石晶体的成品率、利用率以及降低成本，对蓝宝石的生长方法及其相关理论研究从未间断，其设备和技术也在上世纪末取得了迅速的发展，到目前为止，蓝宝石产业已具有较高的技术水平和较大的生产能力，晶棒尺寸从2英寸扩大到目前的12英寸，为之配套设备及材料也随之得到了飞速的发展。

二、蓝宝石晶体生长技术比较

目前各种晶体生长技术在市场上都有应用，且晶体纯度都可达到99.99%，但是由于生长机理的不同，又都存在一定的缺点和局限性，较难同时满足未来蓝宝石晶体的大尺寸、高质量、低成本发展需求。例如，熔焰法、提拉法等方法生长的晶体质量和尺寸都受到限制;热交换法、温度梯度法和泡生法等方法需要大量氦气作冷却剂;温度梯度法、泡生法生长的蓝宝石晶体坯料需要进行高温退火处理，坯料的后续处理工艺比较复杂、成本高。

但是从市场份额来看，泡生法目前处于优势地位，世界最大的蓝宝石生产企业美国Rubicon和俄罗斯Monocrystal均采用此技术方法生产蓝宝石晶体，此外包括京晶光电在内的数家中国蓝宝石生产企业也采用此法。采用此法生产的蓝宝石晶体超过全球产量的50%，其中用于半导体照明的蓝宝石衬底超过70%以此法生产。温度梯度法是韩国厂商所使用的主要技术，该技术可生产低电位密度的高品质晶棒，使晶体大小(直径与高度)与长晶形状相对受限较小，目前也占有一定的市场份额。导模法主要由日本企业掌握和使用，产品也基本供应日本市场，此外乌克兰也生产导模法长晶炉。

表二、蓝宝石晶体主要生长技术优缺点比较