450 kg泡生法藍寶石晶體成功生長

歐陽鵬根，張 俊，宋建軍，付春雷，曹建偉，石 剛

(1.內蒙古晶環電子材料有限公司，呼和浩特 010070;2.浙江晶盛機電股份有限公司，紹興 312300)

藍寶石晶體具有優異的力學性能、穩定的化學性能和良好的熱學性能和透波性能，在GaN LED和大規模集成電路SOS等襯底材料、導彈整流罩、航空航天、船舶海洋、特種窗口材料、手表表鏡、手機面板、攝像頭視窗等領域具有廣泛的應用，屬于國家重點支持和鼓勵發展的光電子材料。

泡生法生長的藍寶石晶體具有純度高、單晶性好、位錯密度低、應力小等特點，是目前主流的藍寶石晶體生長方法。隨著LED行業的價格競爭日趨激烈以及大尺寸特種窗口材料的需求，大尺寸化是藍寶石晶體的必然發展趨勢。但300 kg級以上泡生法藍寶石晶體生長技術門檻較高，晶體生長面臨開裂、多晶、氣泡難以控制等技術難點，對設備穩定性、熱場設計、工藝控制的要求非常高。目前行業內主流的藍寶石晶體仍然以80～200 kg為主，能夠產出的最大特種窗口尺寸在350 mm×250 mm以內，無法滿足大尺寸特種中波透紅外窗口材料的要求。

晶環電子采用自主開發的設備、熱場和工藝技術，在前期250 kg級、300 kg藍寶石晶體量產的技術積累基礎上，通過熱場和工藝技術的改進，在2018年成功生長450 kg高品質泡生法藍寶石晶體(這是迄今為止國內外見諸報道的最大尺寸)，并于2019年實現了小批量生產，見圖1所示。450 kg藍寶石晶體可產出LED級4 inch晶棒超過6000 mm，單位毫米生產成本可在150 kg級晶體基礎上下降45%以上，具有明顯的材料利用率和成本優勢。同時，450 kg晶體經過切割、研磨、拋光后，可獲得尺寸為615 mm×415 mm(最大厚度可達100 mm以上)的高品質超大尺寸藍寶石面板(圖2)，氣泡度達A級以上。目前晶環電子已給客戶供應多種尺寸規格的超大尺寸藍寶石面板。經過第三方和客戶檢測顯示該藍寶石材料的性能參數均達到行業先進水平：純度大于99.9999%，EPD平均小于400個/cm2，FWHM約13arcsec。

圖1 全球尺寸最大的450 kg泡生法藍寶石晶體 Fig.1 The world's largest 450 kg sapphire crystal grown by KY method

圖2 615 mm×415 mm藍寶石面板(氣泡度A級) Fig.2 Sapphire panel with dimension up to 615 mm×415 mm(bubble degree：grade A)