[发明专利]一种大尺寸方形蓝宝石晶体生长方法

说明书

技术领域

本发明属于一种蓝宝石单晶体的制造方法，特别是涉及一种大尺寸方形（晶体最大边长320mm×320mm）蓝宝石晶体的生长方法。

背景技术

蓝宝石具有熔点高（2045℃），硬度高（莫氏为9，仅次于金刚石），透光性好（在紫外、可见、红外波段范围内具有很高的透光率，在3-5μm透过率高达85%），抗辐射能力强，抗拉强度高，抗腐蚀、热导率高，抗热冲击能力好等良好的性能，成为使用最广泛的氧化物衬底材料，主要用作半导体薄膜衬底材料、LED芯片衬底材料、大规模集成电路衬底等。另外蓝宝石晶体还是红外军用装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、探测和高功率强激光等的优良窗口材料，高端手表表面、手机表面、手机摄像头罩及医疗设备用等优质光学材料。

蓝宝石新应用异军突起，这两年，蓝宝石在消费类电子上的应用已超过传统的LED衬底应用，除手机镜头保护盖、指纹识别Home键使用蓝宝石圆形抛光片外，在智能手表、手机屏幕上的应用也与日俱增，且尺寸越来越大。

2013年底，苹果与GTAT公司签订价值5.78亿美元的蓝宝石订单，买断该公司未来三年的供货，让蓝宝石一举成为市场关注热点。实际上，蓝宝石应用于手机面板由来已久。2002年，奢侈手机品牌VERTU手机最早选用蓝宝石作为显示屏盖板。摩托罗拉即将上市的智能手表也将采用蓝宝石OLED显示屏，支持磁感应无线充电功能。这标志着蓝宝石开始“走入寻常百姓家”。

　苹果将为下一代iPhone 采用蓝宝石玻璃屏幕的传言，以及手机厂商的争先效仿，都让人们越来越看好蓝宝石玻璃的发展前景。

有机构认为，未来5年，智能手机的发展将为蓝宝石制造业带来30亿美元的新市场“蛋糕”。2018年，蓝宝石在智能手机显示器市场的渗透率将达到5%～18%。

蓝宝石在智能手表及手机屏幕上应用向大尺寸、方形化方向发展，消费类电子应用的特点是用量较大，但是成本必须要大幅下降。

蓝宝石晶体的生长方法主要有：提拉法(CZ法)、泡生法（KY法）、热交换法(HEM法)、温梯法(TGT法)等。

以上长晶方法生长的晶体都呈现圆形，如果掏取圆形晶棒，大圆中取小圆，采用密堆积掏棒方式，材料利用率可以做到30%～50%（掏取不同尺寸晶棒材料利用率不同），但是如果掏取方形晶棒，大圆中取方形产品，剩余的晶壳边角料会较多，材料利用率较低，只能做到20%～40%，如图1。 

发明内容

本发明针对现有生长圆形蓝宝石晶体掏取方形晶棒，制作手机屏幕，材料利用率低的问题，提供一种大尺寸方形蓝宝石晶体生长技术，可以将晶锭做到方形，晶锭边长达到320mm×320mm（重量100Kg），掏取5英寸方形面板晶棒（苹果5S屏幕尺寸，121.7mm×56.5mm），材料利用率高达60%～70%，大幅提升了材料利用率，降低了成本，另外还实现了A向及C向生长，位错密度、单晶性等指标达到了KY法晶体的水平。

本发明所采取的技术方案是：一种大尺寸方形蓝宝石晶体生长方法，采用99.999wt%的高纯氧化铝，放置在钨坩埚内，安装钨加热器及钨钼保温材料，安装好测温热电偶，封闭炉腔并装好摄像头，启动监视器及记录仪，在自动控制程序中设置加热程序，抽真空，真空度达到10^-4Pa，升温速率为200℃/h；升温对氧化铝原料进行熔化，借助于红外测温仪，将液面温度控制在2050℃～2070℃之间，液面对流线清晰均匀，并达到稳定状态；将籽晶缓慢下降，Touch液面；快速提拉生长颈部；缓慢提拉生长肩部；微提拉生长等径部，至长晶完成；进行降温，取出晶体；将晶体加工成片，使用KOH腐蚀，采用X射线TOPO GRAPHY、显微镜、扫描电镜和分光光度计测试晶体的位错密度、透光性及单晶性；其特征在于：所述的钨钼保温材料形状为方形，加热器为方形，坩埚为方形。

作为优选，所述方形钨钼保温材料的内边长为850mm～950mm。

作为优选，所述方形加热器的内边长为650mm～750mm。

作为优选，所述方形坩埚的外边长为200mm～500mm。

作为进一步的优选，所述方形坩埚的外边长为300mm～400mm。

由于加热结构及热场温度梯度的设计，晶体呈现上大下小的形状，为了 进一步提升材料利用率，采取上下一切为二的方式，下面由于边长更大，掏取手机屏幕方棒数量更多。

研究发现，本发明生长方形蓝宝石晶锭，具有以下有益效果。

、提高材料利用率