450 kg泡生法蓝宝石晶体成功生长

欧阳鹏根，张 俊，宋建军，付春雷，曹建伟，石 刚

(1.内蒙古晶环电子材料有限公司，呼和浩特 010070;2.浙江晶盛机电股份有限公司，绍兴 312300)

蓝宝石晶体具有优异的力学性能、稳定的化学性能和良好的热学性能和透波性能，在GaN LED和大规模集成电路SOS等衬底材料、导弹整流罩、航空航天、船舶海洋、特种窗口材料、手表表镜、手机面板、摄像头视窗等领域具有广泛的应用，属于国家重点支持和鼓励发展的光电子材料。

泡生法生长的蓝宝石晶体具有纯度高、单晶性好、位错密度低、应力小等特点，是目前主流的蓝宝石晶体生长方法。随着LED行业的价格竞争日趋激烈以及大尺寸特种窗口材料的需求，大尺寸化是蓝宝石晶体的必然发展趋势。但300 kg级以上泡生法蓝宝石晶体生长技术门槛较高，晶体生长面临开裂、多晶、气泡难以控制等技术难点，对设备稳定性、热场设计、工艺控制的要求非常高。目前行业内主流的蓝宝石晶体仍然以80～200 kg为主，能够产出的最大特种窗口尺寸在350 mm×250 mm以内，无法满足大尺寸特种中波透红外窗口材料的要求。

晶环电子采用自主开发的设备、热场和工艺技术，在前期250 kg级、300 kg蓝宝石晶体量产的技术积累基础上，通过热场和工艺技术的改进，在2018年成功生长450 kg高品质泡生法蓝宝石晶体(这是迄今为止国内外见诸报道的最大尺寸)，并于2019年实现了小批量生产，见图1所示。450 kg蓝宝石晶体可产出LED级4 inch晶棒超过6000 mm，单位毫米生产成本可在150 kg级晶体基础上下降45%以上，具有明显的材料利用率和成本优势。同时，450 kg晶体经过切割、研磨、抛光后，可获得尺寸为615 mm×415 mm(最大厚度可达100 mm以上)的高品质超大尺寸蓝宝石面板(图2)，气泡度达A级以上。目前晶环电子已给客户供应多种尺寸规格的超大尺寸蓝宝石面板。经过第三方和客户检测显示该蓝宝石材料的性能参数均达到行业先进水平：纯度大于99.9999%，EPD平均小于400个/cm2，FWHM约13arcsec。

图1 全球尺寸最大的450 kg泡生法蓝宝石晶体 Fig.1 The world's largest 450 kg sapphire crystal grown by KY method

图2 615 mm×415 mm蓝宝石面板(气泡度A级) Fig.2 Sapphire panel with dimension up to 615 mm×415 mm(bubble degree：grade A)