1、藍寶石晶體生長技術藍寶石晶體生長技術 藍寶石英文名稱為Sapphire，源于拉丁文Spphins，意思是藍色；屬于剛玉族礦物，三方晶系。寶石界將紅寶石之外的各色寶石級剛玉都稱為藍寶石。 藍寶石主要成分是氧化鋁（Al2O3）。剛玉中因含有鐵（Fe）和鈦（Ti）等微量元素，而呈現藍、天藍、淡藍等顏色，其中以鮮艷的天藍色者為最好。一、藍寶石一、藍寶石 天然藍寶石可以分為藍色藍寶石和艷色（非藍色）藍寶石。寶石市場上把深藍色和帶有紫色的藍寶石稱為“男性藍寶石”，淺色藍寶石稱為“女性藍寶石”。 國際寶石界把藍寶石定為“九月生辰石”，象征忠誠與堅貞。據說藍寶石能保護國土和君王免受傷害，有“帝王石”之稱。 世

2、界七大藍寶石產地：世界七大藍寶石產地： 1. 1.印度克什米爾印度克什米爾 2. 2.緬甸抹谷緬甸抹谷 3. 3.斯里蘭卡斯里蘭卡 4. 4.泰國泰國 5. 5.中國（山東昌樂）中國（山東昌樂） 6. 6.澳大利亞澳大利亞 7. 7.柬埔寨馬德望柬埔寨馬德望 藍寶石的組成為氧化鋁(Al2O3)，是由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵型式結合而成，其晶體結構為六方晶格結構，就顏色而言，單純的氧化鋁結晶是呈現透明無色的，因不同顏色元素離子滲透與生長中的藍寶石，因而使藍寶石顯現出不同的顏色。在自然界中藍寶石晶體內含有鈦離子（Ti3+）與鐵離子（Fe3+）時，會使晶體呈現而成為藍色藍寶石（Blue Sap

3、phire）。當晶體內含有鉻離子(Cr3+)時，會使晶體呈現紅色，而成為紅寶石(Ruby)。又當晶體內含有鎳離子(Ni3+)時，會使晶體呈現黃色，而成為黃色藍寶石。藍寶石晶體在晶體的對稱分類中屬于中級晶族，三方晶系。n基本基本結構結構二、藍寶石二、藍寶石AlAl2 2O O3 3分子結構分子結構藍寶石晶體結構圖藍寶石晶體結構圖（其中黑點為氧離子，白點為鋁離子）（其中黑點為氧離子，白點為鋁離子） 藍寶石單晶是一種簡單配位型氧化物晶體，呈各向異性，屬六方晶系，晶格參數a=b=0.4758nm，c=1.299 1 nm，=90，=120。 藍寶石單晶的透光范圍為0.14-6.0m，覆蓋真空紫外、可見

4、、近紅外到中紅外波段，且在3-5m波段具有很高的光學透過率；具有高硬度(僅次于金剛石)、高強度、高熱導率、高抗熱沖擊品質因子的力學及熱學性能；具有耐雨水、沙塵、鹽霧等腐蝕的穩定化學性能；具有高表面平滑度、高電阻率及高介電性能。 這些優良的光學、力學、熱學、化學及電學性能決定了它在軍事及民用領域中的重要地位和作用。n基本基本性質性質（1）化學穩定性化學穩定性：藍寶石具有高度的化學穩定性，在絕大多數化學反應過程中不會被腐蝕。（2）機械特性機械特性：藍寶石單晶因其高硬度和高強度，可以在溫度范圍從超低溫至1500高溫之間的不同環境中保持高強度、耐磨耗與高度的穩定性。同時是目前已知的硬度最高的氧化物晶體

5、材料，僅次于金剛石達莫氏9級。（3）光學透過率光學透過率：藍寶石單晶材料的穿透波長范圍為0.19nm-5.5nm，加之其優異的化學穩定性，抗磨損，高硬度和耐高溫等特性，使藍寶石制作的窗口片和傳感器光學零件廣泛應用于高真空系統、高溫爐及其他苛刻的環境。（4）熱力學特性熱力學特性：2050左右的熔點，加之優越的化學、機械及光學特性，使藍寶石晶體廣泛應用于許多苛刻的加工環境中。（5）耐磨損性耐磨損性：由于具有很高的硬度和透明度，是藍寶石晶體常用于制作耐磨損窗口或其他精密機械零件。（6）介電性能介電性能：有電介質絕緣、恒定的介電常數。（7）藍寶石還具有高拉伸強度高拉伸強度、抗沖刷性抗沖刷性、熱導性熱導

6、性、顯著的抗熱沖擊性抗熱沖擊性等性能。 藍寶石晶胞（藍寶石晶胞（R R面、面、A A面、面、C C面）面） 常用來做常用來做GaNGaN襯底的是不具有極性的襯底的是不具有極性的C C面（面（00010001），因此），因此GaNGaN的極性由制作過程決定的極性由制作過程決定a a）從）從C C軸俯看；軸俯看；b b）從）從C C軸側面看軸側面看三、藍寶石的應用三、藍寶石的應用 藍寶石以其綜合性能最好，成為使用最廣泛的氧化物襯底材料（substrate materials），主要用作半導體薄膜襯底材料、大規模集成電路襯底等。 藍寶石晶體還是紅外軍用裝置、導彈、潛艇、衛星空間技術、探測和高功率強激

7、光(laser)等的優良窗口材料(window materials)，優質光學材料，耐磨軸承材料等，尤其在導彈整流罩、潛艇窗口和原子鐘等軍品中具有不可替代的作用。 在其它民用方面，藍寶石還可用作透明電子材料、燈管及視窗、半導體晶圓承載裝置、熱絕緣體、熱電偶、紫外紅外光學窗口以及重力波探測儀器。光學窗口和整流罩光學窗口和整流罩 綜合性能優良的紅外光學窗口及整流罩是高速飛行器系統中的關鍵部件，其材料必須具備在使用波段的高透過、低散射、高硬度、高強度、低彈性模量，高熔點、高熱導率、高抗熱沖擊品質因子、低熱輻射，耐噴氣燃料、冰雹、雨水、海水、鹽霧及砂粒的沖刷和腐蝕，耐強光輻照等一系列優良的綜合性能。

8、金剛石金剛石雖有最理想的光學、力學和熱學性能，但因體金剛石用作獨立的紅外光學窗口和整流罩尚存在一些技術瓶頸而離實際應用還有一段距離。 氟化鎂氟化鎂(MgF2)雖有良好的光學性能及成熟用藍寶石單晶做成的紅外光學窗口和整流罩，的制備技術，但其機械強度很低。 氮氧化鋁氮氧化鋁(AlON)雖有較高的機械強度，但其截止波長較短，且其透過率隨溫度變化明顯。 尖晶石尖晶石(MgAl2O4)雖有較高的熔點及良好的化學穩定性，但其抗彎強度不高。 藍寶石單晶制作的整流罩已廣泛用于機載、星載、艦載以及潛基、陸基光電設備，尤其在高馬赫數導彈整流罩、透明裝甲、潛艇窗口以及高功率強激光等軍用設備中的地位和作用不可替代。如

9、：美國海軍戰區防御系統截擊導彈、斯普林特防御攔截彈(HEDI)、美國第五代近距空對空導彈(AM9X)、以色列新一代近戰空對空導彈(Python5)以及已安裝于美、德、韓和希臘等國軍艦上的導彈(RM116RAM)等都使用了藍寶石整流罩。摻鈦藍寶石激光器及其應用摻鈦藍寶石激光器及其應用 摻鈦藍寶石單晶(Ti3+:Al2O3)的激光應用最早于1982年被發現后，對其研究不斷深入，以Ti:Al2O3作為工作物質的各類激光器也迅速發展。 Ti3+:Al2O3激光器為科學研究提供了便利和靈活的研究工具。與其他具有競爭優勢的激光材料相比，其主要特點是：（1）光譜輸出范圍從超窄單一頻率到寬的帶寬，覆蓋幾百納米

10、，可提供超快脈沖(僅為電場的幾個振蕩)；（2）寬的可調諧范圍，可達400nm；（3）高功率。如對于全固態可調諧Ti3+:Al2O3激光器，天津大學和中國科學院物理研究所已分別實現6W(其轉換率為22.2%)和6.44W(其轉換率為40.25%)的激光輸出。目前，Ti:Al2O3激光器已實現脈沖、準連續、連續、鎖模運轉，已涉及激光器研究領域的各個方面，包括：提高輸出功率、擴大調諧范圍、壓縮線寬、穩頻以及提高光束質量等。Ti:Al2O3激光器在基礎學科(如物理學、生物學和化學)研究方面已取得廣泛應用。因Ti:Al2O3激光器的使用，研究化學反應(如：化學鍵形成與斷裂、分子間能量傳遞、分子重新構建等

11、所需的時間范圍)超快時間表(ultrafast timescales)的飛秒化學取得了巨大進展；用于超快脈沖放大及光譜相位控制的設備性能也得到了很大提高。 Ti:Al2O3激光器還應用于非線性物理、太赫茲產生、時間分辨光譜學、頻標計量學、多光子顯微鏡及生物醫學成像等基礎研究方面。Ti:Al2O3激光器在軍事與工程方面也應用廣泛。如激光測距、光電干擾、紅外對抗、致盲武器等軍事領域，以及激光通信、海洋探測、大氣環境監測、激光手術及微加工等諸多領域。摻雜藍寶石單晶熱摻雜藍寶石單晶熱( (光光) )釋光材料及其應用釋光材料及其應用 - Al2O3 :C晶體用于制造熱釋光探測器主要有以下特點：（1）熱釋

12、光靈敏度高，為常用熱釋光晶體LiF:(Mg,Ti)的4060倍；187附近的發光峰型單一，有效原子序數相對較低(10.2)；（2）低本底劑量響應臨界值(10-6Gy),輻射劑量響應為線性亞線性，線性響應范圍寬(10-610Gy)；（3）- Al2O3 :C晶體420nm處的發射峰正好處于光電倍增管響應的最佳峰值，在低劑量條件下， - Al2O3 :C晶體探測器可重復使用且無需退火處理。 藍寶石單晶最早于20世紀50年代被美國Wisconsin大學的Daniels發現具有優良的熱釋光(thermoluminescence，TL)性能，但它對射線的熱釋光靈敏度很低。為改善藍寶石單晶的熱釋光性能，相

13、繼研制了一系列摻雜的藍寶石單晶熱釋光材料，如- Al2O3 :(Mg，Ti，Y)、 - Al2O3 :Cr和- Al2O3 : (Si，Ti)。1990年，Akselrod等采用提拉法生長了一種優良的新型熱釋光材料- Al2O3 :C晶體。1995年，Markey等首次研究了- Al2O3 :C晶體的光釋光(optical stimulated luminescence，OSL)性能。 目前，美國Landauer公司研制生產的- Al2O3 :C熱釋光劑量計已被歐美國家廣泛使用。 國內關于- Al2O3 :C晶體生長以及- Al2O3 :C劑量計的研制起步較晚。2008年，中國科學院上海硅酸鹽

14、研究所楊新波等采用導向溫梯法和導模法分別生長了可用于制造高靈敏度熱釋光探測器、熱釋光和光釋光探測器的- Al2O3 :C晶體。藍寶石光纖傳感器及其應用藍寶石光纖傳感器及其應用 藍寶石單晶光纖傳感器因其在可見至近紅外波段具有良好的光學傳輸特性及藍寶石單晶的耐高溫特性，使得藍寶石光纖可應用于高溫傳感和生物醫學領域的近紅外激光傳輸。 藍寶石單晶光纖溫度傳感器除了具有普通光纖溫度傳感器的動態范圍大、靈敏度高、響應快、抗電磁干擾等優點外，還可以實現大范圍(室溫2000)、高精度(0.2%，1000時)、高信噪比(1106dB，1000時)、大帶寬(10kHz)的溫度測量，并廣泛應用于等離子體沉積、高頻電

15、加熱爐及高溫熱氣流等領域。 藍寶石光纖傳感器除了用于測量溫度及近紅外激光傳輸外，還可以連續監測高達1600高溫環境中系統的運行情況，如：結構性能、材料劣化，以及測量諸如壓強、應力、應變和化學物質濃度等物化參數。藍寶石基片和襯底藍寶石基片和襯底 藍寶石單晶因其優良的機械性能、介電性能(適中的介電常數和較低的介電損耗)、化學穩定性以及高表面平滑度而成為制備高溫超導薄膜、紅外光學材料、微電子器件等的最優質基片和襯底材料，具體包括：（1）高溫超導薄膜的襯底，如Tl系薄膜TlBa2Ca2Cu3Oy、Tl2Ba2CaCu2O8；（2）紅外光學材料的襯底，如近紅外材料的碲鎘汞晶體(HgCdTe)，-族化合物

16、的砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)，-族化合物的硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、碲化鎘(CdTe)、氧化鋅(ZnO)、SiO2及金剛石等；（3）大規模集成電路元件及微電子器件的基片，如高亮藍光LED等。 LED因具有高效率、長壽命(連續工作時間達幾萬小時)、固體化、低工作電壓(24V)、低功耗(10100mW)、響應速率快(1s)、驅動電路簡單等優點，使其應用涉及多個行業，如景觀、裝飾、照明光源及通訊光源等。隨著LED的主要材料GaN外延生長技術，金屬有機化合物氣相淀積(metal organicchemical vapor deposition，MOCVD)技術的

17、不斷改進，以及器件制作工藝的日益成熟，目前已形成了從紅外、可見光及少量紫外多個波段的固體光源。 藍白光發光二極體藍白光發光二極體(LED)(a)(LED)(a)外觀外觀 (b)(b)內部結構示意圖內部結構示意圖襯底材料要求襯底材料要求（1）襯底與外延膜的結構匹配：外延材料與襯底材料的晶體結構相同或相近、晶格常數失配小、結晶性能好、缺陷密度低； （2）襯底與外延膜的熱膨脹系數匹配：熱膨脹系數的匹配非常重要，外延膜與襯底材料在熱膨脹系數上相差過大不僅可能使外延膜質量下降，還會在器件工作過程中，由于發熱而造成器件的損壞； （3）襯底與外延膜的化學穩定性匹配：襯底材料要有好的化學穩定性，在外延生長的溫

18、度和氣氛中不易分解和腐蝕，不能因為與外延膜的化學反應使外延膜質量下降； （4）材料制備的難易程度及成本的高低：考慮到產業化發展的需要，襯底材料的制備要求簡潔，成本不宜很高。襯底尺寸一般不小于2英寸。 藍寶石襯底藍寶石襯底 藍寶石襯底有許多的優點：優點： （1）藍寶石襯底的生產技術成熟、器件質量較好； （2）藍寶石的穩定性很好，能夠運用在高溫生長過程中； （3）藍寶石的機械強度高，易于處理和清洗。藍寶石襯底缺點：缺點： （1）晶格失配和熱應力失配，這會在外延層中產生大量缺陷，同時給后續的器件加工工藝造成困難； （2）藍寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大于1011cm，在這種情況下無法制作垂直結構

19、的器件；通常只在外延層上表面制作n型和p型電極；藍寶石外延層上表面制作的藍寶石外延層上表面制作的n n型和型和p p型電極型電極 （3）藍寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在LED器件的制作過程中卻需要對它進行減薄和切割（從400nm減到100nm左右）。添置完成減薄和切割工藝的設備又要增加一筆較大的投資；（4）藍寶石的導熱性能不是很好（在100約為25W/（mK）。因此在使用LED器件時，會傳導出大量的熱量；特別是對面積較大的大功率器件，導熱性能是一個非常重要的考慮因素。為了克服以上困難，很多人試圖將GaN光電器件直接生長在硅襯底上，從而改善導熱和導電性能。 光學元件、探

20、測窗口及其它應用光學元件、探測窗口及其它應用 藍寶石單晶因其理想的光學性能及機械性能，可制作成實驗用的光學元件，如透鏡、棱鏡及反射鏡；以及科學研究用的探測儀器，如重力波探測儀等。藍寶石單晶因具有寬透過波段、高透過、高強度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕，而可用作在各種高溫、高壓等惡劣環境下工作的設備及儀器的觀察窗口和探測窗口，如：耐高溫的熱電偶及鍋爐水位計，耐磨損的商品條碼掃描儀窗口，耐腐蝕的煤、氣、油井探測用的傳感器及探測器窗口等。在其它民用方面，藍寶石還可用作醫用手術刀具、精密儀表殼體、精密機械軸承及高檔鐘表、首飾。還有各種杯具器皿、透明燈具及護目鏡片等。四、藍寶石晶體生長四、藍寶石晶體生長世界上

21、主要的熔體生長方法包括晶體提拉法提拉法、導模法導模法、熱交換法熱交換法、泡生法泡生法。提拉法提拉法(Czochralski method) (Czochralski method) 先將原料加熱至熔點后熔化形成熔體，再利用一單晶籽晶接觸到熔體表面，在籽晶與熔體的固液界面上因溫度差而形成過冷。于是熔體開始在籽晶表面凝固并生長和籽晶相同晶體結構的單晶。籽晶同時以極緩慢的速度往上拉升，并伴隨以一定的轉速旋轉，隨著籽晶的向上拉升，熔體逐漸凝固于籽晶的液固界面上，進而形成一軸對稱的單晶晶棒。 提拉法提拉法 (Czochralski method)(Czochralski method)原理示意圖原理示意

22、圖 提拉法的主要優點：提拉法的主要優點：（1）在生長過程中可以方便地觀察晶體的生長情況（2）通過調整發熱體、坩堝、后熱器（或保溫罩）的幾何條件，可以方便的控制溫度梯度（3）通過改變轉速或加入阻流器也可以調節液流（4）晶體在熔體表面處生長，而不與坩堝相接觸，這樣能顯著地減小晶體的應力，并且防止坩堝壁的寄生成核（5）可以方便地使用定向籽晶和“縮頸”工藝，縮頸后面的籽晶，其位錯可大大減少，這樣可使放大后生長出來的晶體位錯密度降低，獲得所需取向的晶體。提拉法的缺點：提拉法的缺點：（1）在高溫下，坩堝及其他材料對晶體的污染不可避免；（2）熔體中復雜的液流作用對晶體的影響難以克服（3）機械傳動轉置的振動和

23、溫度的波動，會在一定程度上影響晶體的質量。提拉法生長藍寶石單晶的主要優點：提拉法生長藍寶石單晶的主要優點：（1）晶體的生長速度快，周期短；（2）在晶體生長過程中可方便觀察到單晶的生長情況，即可控制晶體的尺寸；（3）單晶在熔體自由表面生長，不與坩堝接觸，可防止坩堝壁的寄生成核；（4）可降低位錯密度，提高單晶的完整性。主要缺點為：晶體與坩堝轉動引起的強制對流和重力作用引起的自然對流相互作用，導致復雜的液流作用，從而容易在晶體中產生缺陷。利用提拉法生長高質量藍寶石單晶的必要條件：利用提拉法生長高質量藍寶石單晶的必要條件：（1）原料純度不小于99.996%的Al2O3粉體或者塊料；（2）加熱爐內溫度恒

24、定；（3）理想的提拉速率3.54.5mm/h，轉速為4255r/min；（4）加熱前，爐內真空度應保持1.3310-34.0010-2Pa，然后充入純度為99.99%以上的氬氣保護氣氛。浙江巨興光學材料有限公司已采用提拉法生長出200mm180mm的大尺寸藍寶石單晶。泡生法泡生法 (Kyropoulos method)(Kyropoulos method) 先將原料加熱至熔點后熔化形成熔體，再以單晶的籽晶(Seed Crystal，又稱籽晶棒)接觸到熔體表面，在籽晶與熔體的固液界面上開始生長和籽晶相同晶體結構的單晶，籽晶以極緩慢的速度往上拉升，但在籽晶往上拉晶一段時間以形成晶頸，待熔體與籽晶界

25、面的凝固速率穩定后，籽晶便不再拉升，也沒有作旋轉，僅以控制冷卻速率方式來使單晶從上方逐漸往下凝固，最后凝固成一整個單晶晶碇 泡生法泡生法(Kyropoulos method)(Kyropoulos method)原理示意圖原理示意圖 泡生法是利用溫度控制來生長晶體，它與提拉法相比，泡生法雖然在晶體生長初期存在部分提拉和放肩過程，但在等徑生長時，晶身部分是靠著不斷降溫形成結晶動力來生長，不使用提拉技術，并在拉晶頸的同時，調整加熱電壓，使熔融的原料達到最合適的長晶溫度范圍，讓生長速度達到最理想化，因而長出質量最理想的藍寶石單晶。 泡生法生長裝置示意圖（泡生法生長裝置示意圖（1.1.運轉的金屬桿運轉

26、的金屬桿 2.2.籽晶桿籽晶桿 3.3.加熱線圈加熱線圈 4.4.籽晶籽晶 5.5.熔體熔體 6.6.耐高溫材料耐高溫材料 7.7.上保溫層）上保溫層）泡生法主要優點：泡生法主要優點： （1）結合了傳統提拉法的優點，生長速度較快（0.125mm/h）；（2）在整個晶體生長過程中，晶體不被提出坩堝，仍處于熱區。這樣就可以精確控制它的冷卻速度，減小熱應力，避免坩堝污染；（3）晶體生長時，固液界面處于熔體包圍之中。這樣熔體表面的溫度擾動和機械擾動在到達固液界面以前可被熔體減小以致消除；（4）選用軟水作為熱交換器內的工作流體，相對于利用氦氣作冷卻劑的熱交換法可以有效降低成本；（5）晶體生長過程中存在晶

27、體的移動和轉動，容易受到機械振動影響；（6）可生長大尺寸、高質量藍寶石單晶。 泡生法主要缺點是：泡生法主要缺點是： 為獲得高質量的藍寶石單晶，需提高爐腔中坩堝外壁的環境溫度（即爐腔中的溫度），而該溫度受加熱元件的形態及加在加熱器上的電壓和電流等因素影響，因而提高溫度必將造成生長設備的嚴重損耗。因此需要從晶體生長質量與經濟性之間有所側重并折中考慮，方能獲得最優化效果。采用泡生法生長的藍寶石單晶具有以下的優點采用泡生法生長的藍寶石單晶具有以下的優點： 1.高質量(光學等級)。 2.低缺陷密度。 3.大尺寸。 4.較快的生長率。 5.高產能。 6.較佳的成本效益。泡生法生長晶體的一般步驟：泡生法生長

28、晶體的一般步驟：1 1、前置作業、前置作業 在實驗開始前必須徹底檢查爐體內部是否有異物或雜質，因為在晶體生長過程中，爐體內的雜質或異物會因高溫而造成晶體受到污染，而影響晶體的質量，因此在實驗開始之前，必須將爐體清理干凈，降低雜質析出的可能性。2 2、填充原料及架設籽晶、填充原料及架設籽晶 以電子秤量取固定重量之原料并裝填到坩堝內，由塊料與粉料依預定之比例組合而成。擺放時縫隙愈少愈好，以達到充填致密之效果。原料填充好后，將坩堝放進爐體內加熱器中央，此時必須非常小心，避免坩堝碰撞到加熱器而造成加熱器產生裂縫或斷裂。 架設籽晶(籽晶棒，Seed)是將籽晶固定在拉晶桿上，以利下籽晶或取出晶體時可用拉晶

29、裝置來控制高度，由于晶體生長過程的溫度很高，所以架設籽晶時，須以耐高溫之鎢鉬合金線來固定籽晶。3 3、爐體抽真空、爐體抽真空 將爐體上蓋緊密蓋于爐體上方并轉緊密封螺栓，啟動電源，使機器運轉并開始抽真空。抽真空時，先開啟機械泵，于1小時后再啟動擴散泵，當擴散泵啟動12小時后，再開啟爐體閥門，將爐體抽真空。需時約24小時，真空度達到610-3Pa時，才能進入加熱程序。4 4、加熱程序、加熱程序 當爐內真空度抽到實驗所需的壓力范圍時(610-3Pa)，就開始加熱，以2Volt/小時的速率自動加熱。圖7則為爐體加熱時由窺視窗觀察爐體內部的情況，可看見未熔化之塊狀原料與架設好之籽晶。爐體加熱時觀察到的爐

30、體內部的情況爐體加熱時觀察到的爐體內部的情況5 5、原料熔化、原料熔化 大約加熱到電壓約1010.5Volt時，推估溫度達2100（藍寶石的熔點約2040），可使原料完全溶化，形成熔體。在實驗過程中，以電壓值來推斷溫度。氧化鋁原料熔化后形成熔體情形氧化鋁原料熔化后形成熔體情形6 6、下籽晶、下籽晶 當原料完全溶化形成熔體時，必須讓熔體持溫一小時，確保熔體內部溫度分布均勻且溫度適中，才可下籽晶，若在熔體表面有凝固浮島存在，則需再調整電壓使凝固浮島在一段時間內消失。 在下籽晶前，必須先作凈化籽晶的動作，凈化籽晶是將籽晶底端熔化一部分，使預定生長晶體之籽晶表面更干凈，以提高晶體生長的質量熔體表面有凝

31、固浮島的照片熔體表面有凝固浮島的照片（a a）多邊形（）多邊形（b b）長條形）長條形 下籽晶照片下籽晶照片 7 7、縮頸生長、縮頸生長 當籽晶接觸到熔體時，此時將產生一固液接口，晶頸便從籽晶接觸到熔體的固液接口處開始生長。 Kyropoulos方法生長藍寶石單晶，需使用拉晶裝置來拉晶頸部分，這個階段主要是判斷并微調生長晶體之熔體溫度。若晶頸生長速度太快，表示溫度過低，必須調高溫度。若晶體生長速度太慢，或是籽晶有熔化現象，表示溫度過高，必須調降溫度。由縮頸的速度來調整溫度，使晶體生長溫度達到最適化。晶生長（晶生長（a a）示意圖，（）示意圖，（b b）實際情形照片頸）實際情形照片頸 8 8、等

32、徑生長、等徑生長 當溫度調整到最適化時，就停止縮頸程序，并開始生長晶身，生長晶身時不需要靠拉晶裝置往上提拉，此時只需要以自動方式調降電壓值，使溫度慢慢下降，熔體就在坩堝內從籽晶所延伸出來的單晶接口上，從上往下慢慢凝固成一整個單晶晶碇。晶體開始生長時期照片晶體開始生長時期照片 9 9、晶體脫離坩堝程序、晶體脫離坩堝程序 從重量傳感器顯示的數據變化，可得知晶體是否沾黏到坩堝內壁，當熔體在坩堝中凝固形成晶體后，晶體周圍會黏著坩堝內壁，必須在晶體生長完成后使晶體與坩堝內壁分離，以利后續之晶體取出。 使用的方式是瞬間加熱，使黏住坩堝部份的晶體熔化，從重量傳感器顯示的數據可以得知晶體與坩堝是否分離，當晶體

33、與坩堝分離后，必須繼續降溫，否則會使晶體重新熔化回去。1010、退火、退火 晶體生長完畢又完成與坩堝脫離程序后，必須讓晶體在爐體內緩慢的降溫冷卻，利用冷卻過程來使晶體進行退火，以消除晶體在生長時期內部所累積的內應力，避免所殘留的內部應力，造成晶體在降溫時因釋放應力而產生龜裂。待完成退火后，關掉加熱電壓，繼續冷卻，當爐內溫度降至室溫后再取出藍寶石晶體以繼續后續的分析程序。1111、冷卻、冷卻 經過一整天的降溫冷卻，待晶體完全冷卻至室溫后，再打開爐蓋，取出晶體。1212、晶體檢測程序、晶體檢測程序 首先以強光照射整個晶體，觀察晶體內部之巨觀缺陷。接著從側面選擇C平面(C軸)位置鉆取晶圓棒，切取晶圓

34、片，再針對晶圓片進行微觀缺陷檢測，并計算單位面積所含之差排密度。泡生法改進泡生法改進 2005年，韓杰才等在對泡生法和提拉法改進的基礎上發明了用于生長大尺寸藍寶石單晶的方法：冷心放肩微量提拉（sapphire growth technique with micro-pulling and shoulder-expanding at cooled center，SAPMAC）法。 SAPMAC法生長藍寶石單晶的過程大致可分為：真空條件下加熱原料、引晶、冷心放肩、等徑提拉、收尾和退火及冷卻階段。根據藍寶石單晶生長的不同階段特點，結合晶體的熱物性能與溫度的關系，對溫場進行優化，選擇1.05.0mm/

35、h的生長速率和1030/h的降溫速率進行藍寶石單晶的生長SAPMACSAPMAC法生長裝置示意圖法生長裝置示意圖 與傳統泡生法相比，其特點為：與傳統泡生法相比，其特點為：（1）通過在“冷心位置”（與坩堝幾何中心相對偏差不大于=20.0mm）處放肩，使得在整個結晶過程中，藍寶石單晶的晶向遺傳特性良好，即可保證高質量藍寶石單晶的生長；（2）通過高精度的能量控制配合微量提拉，使得在整個結晶過程中無明顯的溫場擾動，產生缺陷的幾率明顯降低；（3）在整個晶體生長過程中，晶體式中處于坩堝內，即一直處于熱區，可精確控制其冷卻速率，減少熱應力；（4）材料綜合利用率是傳統泡生法的1.2倍以上；（5）在引晶和放肩階

36、段引入提拉基質，并通過合理的溫場設計與工藝控制，保證在熔體冷卻處引晶，克服了傳統泡生法只能生長大直徑、但高度較小的不足；（6）在降溫過程中，晶體可以實現原位退火，即可降低氧缺位，并可簡化程序、節省能源。直徑直徑240mm240mm，長，長210mm210mm藍寶石晶體藍寶石晶體 直徑直徑300mm 300mm ，長，長270mm270mm藍寶石晶體藍寶石晶體 導膜法導膜法(Edge-defined Film-fed Growth(Edge-defined Film-fed Growth，EFG) EFG) 該方法亦稱“邊緣限定薄膜供料生長”技術，簡稱“EFG”法，最早與20世紀60年代由英國的

37、Harold LaBella及蘇聯的Stepanov獨自發明。導模法是提拉法的一種變形，是一種近尺寸成型技術（near-net-shaping），即直接從熔體中生長出所需形狀的晶體毛坯。 EFG法首要的條件是要求模具材料必須能為熔體所潤濕，并且彼此間又不發生化學作用。在潤濕角滿足090的條件下，使得熔體在毛細管作用（虹吸現象）下能上升到模具的頂部，并能在頂部的模具截面上擴展到模具的邊緣而形成一個薄膜熔體層，晶體的截面形狀和尺寸則嚴格地為模具頂部邊緣的形狀和尺寸所決定，而不是由毛細管狹縫決定。 因此，EFG法能生長出各種片、棒、管、絲及其他特殊形狀的晶體，具有直接從熔體中控制生長定型晶體的能力。

38、 所以，此法生產的產品可免除對寶石晶體加工所帶來的繁重切割、成型的機械加工程序，同時大大減少了物料的加工損耗，節省了加工時間，從而大大降低產品成本。由此可見其優越性。導膜法生長晶體的工藝過程導膜法生長晶體的工藝過程 將晶體材料在高溫坩鍋中加熱熔化，并將能被熔體所潤濕的材料支撐帶有毛細管的模具放置在熔體中，熔體沿著毛細管涌升至模具頂端。將籽晶浸漬導熔體中，待籽晶表面回熔后，逐漸提拉上引。 為了減少位錯和內應力，可先升高爐溫使晶體長成窄型，過一段時間再進行放肩，向上提拉使熔體到達模具頂部的表面。此時，熔體再模具頂部的截面上擴展導邊緣時中止。 隨后，再進行提拉，可使晶體進入等徑生長階段。晶體的形狀將

39、由模具頂部截面形狀所確定的尺寸決定，晶體按尺寸和形狀連續地生長。模具頂部熔體薄膜的形成于發展過程示意圖模具頂部熔體薄膜的形成于發展過程示意圖 導膜法生長晶體的工藝原理導膜法生長晶體的工藝原理 導膜法生長的原理如下圖所示。當帶毛細管或狹縫的模具浸入熔體后，能潤濕模具材料毛細管的熔體就會沿著毛細管上升。上升的高度可用下式表示： drghcos2式中 表面張力/(10-5N/cm)； d熔體密度/（g/cm3）； r毛細管半徑/cm； g重力加速度/（cm/s2）； 潤濕角。 例如，熔融Al2O3的表面張力對鉬(Mo)為(36040)10-5N/cm，對鎢(W)為(680100)105N/cm，有時

40、此數值還要高一些。 當毛細管孔徑為0.75mm時， Al2O3熔體的爬升高度可達11cm。從圖中可以看到，隨著晶體不斷生長，液面不斷下降，h1不斷增大。 當h1h，則熔體無法涌到模頂，晶體就不能生長。導膜法生長晶體示意圖導膜法生長晶體示意圖 導膜法生長裝置導膜法生長裝置 導膜法生長裝置示意圖導膜法生長裝置示意圖 導膜法的晶體生長裝置與提拉法的基本相同，所不同的是導膜法是將一個金屬鉬制的毛細管模具垂直地安裝在坩堝底部，籽晶將通過毛細管口與熔體相接觸，然后按模具頂端截面形狀被提拉出各種形狀的晶體。而晶體提拉法只能獲得圓柱狀的晶體。 圖中，鉬坩堝中放有鉬制的模具。鉬坩堝被放置在石墨受熱器內，用鎢棒進

41、行連接定位，坩堝下邊用坩堝托托住。石墨受熱器外用石墨氈保溫。坩堝的上方裝有籽晶桿和籽晶，有一組反射器和后熱器對熔體和晶體進行保溫。這一切被安裝在剛玉熱屏（耐熱罩）內，耐熱罩外面用450Hz，20kW的高頻加熱器加熱石墨受熱器。 隨后，將整個裝置密封起來，內充氬氣或氦氣等惰性氣體進行保護。籽晶和籽晶桿用籽晶定位裝置定位，通過波紋管進行上升和下降操作。模具的選擇模具的選擇 選擇原則為：熔點高于晶體的熔點；能被熔體潤濕；與熔體相互之間不發生化學反應。 模具可根據需要設計成桿狀、片狀、管狀或多孔管狀等，模具應當邊限尺寸精確，邊緣平滑、頂部表面的光潔度好（達到鏡面的水平）。 加工好的模具應當在高溫下進行

42、退火處理，這樣不易產生氣孔。導模法生長晶體步驟：導模法生長晶體步驟：1.1.原料處理原料處理 將原料用濃鹽酸浸泡24小時以上，浸泡后放在清水池中沖洗至中性，再放入石英坩堝內烘干。2.2.前置作業前置作業 在實驗開始前必須徹底檢查爐體內部是否有異物或雜質，因為在晶體生長過程中，爐體內的雜質或異物會因高溫而造成晶體受到污染，而影響晶體的質量，因此在實驗開始之前，必須將爐體清理干凈，降低雜質析出的可能性.3.3.爐體抽真空爐體抽真空 關閉生長設備的放氣口，打開機械泵抽氣并升溫加熱，再沖入Ar氣。抽真空是為了防止鉬坩堝和模具被氧化，還有防止鉬與其它殘留氣體反應生成易揮發物，影響晶片的質量。充入Ar的目

43、的：起保護作用，因為在高溫低壓的條件下，熔體易分解和蒸發。4.4.引晶（高溫引晶）引晶（高溫引晶） 打開中頻電源開始升溫。升溫要逐級進行。待到料粒熔化以后,對爐子的功率做適當調整，調整后十分鐘將籽晶搖下，使籽晶頭據模具口的位置有4毫米的位置進行“烤晶”， 對籽晶進行預熱，防止熱沖擊。這段時間要密切注意籽晶頭的變化，如果籽晶頭有熔化跡象應立即將籽晶搖上，再適當調低溫度等待一段分鐘后再重復“烤晶”。 “烤晶”一段時間后開始引晶，通過手輪，使用籽晶頭接觸到熔體表面，如溫度太低引晶時籽晶頭的變化很小或根本沒有變化，此時一定要觀察好，如溫度太低應提起籽晶先升溫再重復引晶（切不可低溫引晶，因為引晶時溫度低

44、，生長出的整根晶體一定會炸裂，同時容易損壞模具）。 籽晶與熔體充分熔接，使其成為一體，即完成了引晶過程。溫度偏低或籽晶搖下的太快，模具就會損壞；溫度過高，籽晶會全部熔化。5.5.縮頸縮頸 縮頸，即使晶體的直徑盡可能縮小（取決于所負擔的晶片的質量）。縮頸的作用：減少籽晶中的遺傳缺陷。在縮頸過程中，任何非軸向的位錯都可以被逐步排除掉。用增加提拉速率或稍微升高熔體的溫度來達到（一定要嚴格控制溫度的變化，溫度過高，籽晶熔化；溫度太低，縮頸效果不明顯）。6.6.擴肩（低溫、低速）擴肩（低溫、低速） 縮頸后，調設備到低速（3-8mm/h），開始擴肩。擴肩其實是一個緩慢地降溫過程，低速擴肩有利于消除位錯和晶

45、粒間界，晶片的寬度和模具口一樣寬即可認為是擴肩已擴滿，擴肩角度一般以120度左右為佳。擴肩使晶體沿著籽晶從模具中間向兩邊緩慢生長，擴肩時允許中部有少量低溫，但不可太低否則會引起晶體炸裂，溫度太高會拖長生產時間，拉速由慢而快。7 7、等徑生長、等徑生長 擴肩結束后，進行等徑生長，使溫度稍微升高，防止低溫現象的產生；拉速由慢而快，理論分析表明，V=0.5mm/min時，是合理的拉速條件，Vmax 0.7mm/min。拉速太快，易形成泡狀界面，在波谷之處，易夾生氣體，造成在晶片中產生氣泡。在溫場穩定的情況下，等徑生長時的溫度和拉速可以不變，但在實際生產中，由于各方面的原因，經常出現低溫和高溫的現象。

46、低溫時，晶片出現玻璃碎片狀的條紋，嚴重時，在晶體長到一定長度后，會在低溫處斷裂。這就需要調高溫度，并降低拉速，以減少條紋的延伸。高溫時，晶片向內收縮，直徑減少。這時要降低溫度，減小拉速。在生長過程中，要不時地調節溫度的變化，并要求溫度的調節與拉速的調節要相匹配。8.8.退火退火 晶體生長完畢又完成與坩堝脫離程序后，必須讓晶體在爐體內緩慢的降溫冷卻，利用冷卻過程來使晶體進行退火，以消除晶體在生長時期內部所累積的內應力，避免所殘留的內部應力，造成晶體在降溫時因釋放應力而產生龜裂。待完成退火后，關掉加熱電壓，繼續冷卻。9.9.降溫降溫 等晶體完全脫離模具口時開始降溫。降溫要按先慢后快。待功率降到底時

47、，關閉中頻電源和和控制柜電源。待完全冷卻后取出晶體。俄羅斯俄羅斯EZAN RASEZAN RAS晶體生長實驗室晶體生長實驗室a a）管狀和棒狀藍寶石）管狀和棒狀藍寶石 b b）圓頂藍寶石）圓頂藍寶石c)c)錐形藍寶石晶體和模具錐形藍寶石晶體和模具美國美國LocherLocher等采用導模法批量生長出等采用導模法批量生長出225mm225mm660mm660mm，305mm305mm510mm510mm高質量的板狀藍寶石單晶，且在不鍍膜的情況下，高質量的板狀藍寶石單晶，且在不鍍膜的情況下，經研磨、拋光后厚度為經研磨、拋光后厚度為6.15mm6.15mm面板，對于面板，對于700nm700nm波長

48、光平均透過率達波長光平均透過率達84.0%84.0%0.5%0.5%， 拋光前拋光前拋光后拋光后導膜法生長某些寶石晶體的工藝條件導膜法生長某些寶石晶體的工藝條件導膜法生長出的晶體具有以下幾個特點：導膜法生長出的晶體具有以下幾個特點： （1）生長速度快，可降低功耗； （2）能夠直接從熔體中拉制出絲、管、桿、片、板以及其他各種特殊形狀、大面積的晶體。 （3）能夠獲得成分均勻的摻質晶體。 （4）易于生長出具有恒定組分的共熔體化合物晶體，從而克服了提拉法生長晶體所發生的相分離作用； （5）易于生長出無生長條紋的、光學均勻性好的晶體主要缺點：主要缺點：（1）生長條件的控制要求非常嚴格，如生長速率、溫場參

49、數都會影響晶體的質量；（2）模具易使熔體造成污染；（3）晶體中易出現微小氣泡等缺陷。此法生長出的晶體缺陷主要包括以下幾個方面：固態包裹物 熔體導膜法生長出的晶體，通常不存在未熔化的粉料包裹體，但可能存在導膜金屬的固體包裹體。存在籽晶及其缺陷 因為熔體導膜法與提拉法一樣使用了籽晶，所以生長出的晶體必然有籽晶的痕跡，并且籽晶的缺陷也可能進入到晶體中。氣態包裹物 熔體導膜法生長的晶體常含有氣態包裹物。晶體內部可發現直徑在0.250.5m范圍大小的氣泡，且氣泡分布不均勻。氣態包裹物的成因有以下幾點：a.由于結晶過程中熔體的收縮作用和蜂窩狀界面的出現，使熔體的熱分布釋放出微量氣體被捕獲，形成氣態包裹物。

50、b.模具頂端熔體的對流作用常擾動結晶前沿平坦固液界面形狀的穩定狀態，從而增加對氣泡的捕獲作用。c.提拉速度過大，超過了晶體臨界生長速率時，固液界面會全部變成不穩定狀態，結晶前沿產生小面化現象，氣泡也會大量地被捕獲。d.生長環境的清潔程度，氬氣中含有不純物質，生長系統漏氣和吸附在原料上的氣體都會產生氣態包裹物。熱交換法熱交換法(Heat Exchanger Method) (Heat Exchanger Method) 其原理是利用熱交換器來帶走熱量，使得晶體生長區內形成一下冷上熱的縱向溫度梯度，同時再藉由控制熱交換器內氣體（一般為氦氣）流量的大小以及改變加熱功率的高低來控制此溫度梯度，使坩堝內

51、熔體由下慢慢向上凝固成晶體 其中氦氣循環帶熱過程為：氦氣從熱交換器底端的中心管內向上流進，到達熱交換器頂端（即坩堝底部與熱交換器接觸的部分）吸收坩堝底部的熱量，然后在中心管外且熱交換器內（熱交換器是由兩個同心管相套而成）區域向下從熱交換器的底端流出。所用坩堝的材料是根據生長單晶材料性質決定。熱交換法熱交換法(Heat Exchanger Method)(Heat Exchanger Method)原理示意圖原理示意圖 熱交換法熱交換法(Heat Exchanger Method)(Heat Exchanger Method)晶體生長裝置示意圖晶體生長裝置示意圖 熱交換法生長單晶的操作和生長過程

52、熱交換法生長單晶的操作和生長過程 （1）在坩堝底部中心處放好籽晶，再裝入原料，坩堝放于熱交換器的頂端； （2）封好熱交換爐，并抽真空； （3）用石墨加熱器加熱，使原料熔化的同時，讓氦氣在熱交換器中通過，帶走籽晶的一部分熱量，以免籽晶完全熔化掉； （4）當籽晶回熔足夠量時，加大氦氣流量，使之帶走更多的籽晶熱量，以使由籽晶持續生長晶體。在整個生長過程中，熔體的溫度通過調節爐溫來控制；石墨加熱器的熱量通過熔體、晶體、熱交換器，最后由氦氣流帶出；籽晶和坩堝不移動，其晶體生長的驅動力源于固液界面上的溫度梯度。熱交換法的主要優點：熱交換法的主要優點： （1）坩堝、晶體及加熱區都未移動，可避免機械運動產生熔

53、體渦流和熱量對流，避免固液界面見濃度和溫度波動，從而使晶體的均勻性及完整性達到最佳； （2）晶體在生長過程中始終由熔體包圍，可獨立控制晶體及熔體中的溫度梯度，即可減少晶的熱應力，從而減少晶體開裂與位錯等缺陷； （3）晶體生長時的固液界面也由熔體包圍（晶體并不會熔化，通過氦氣的流速高低來調節帶走籽晶及晶體（甚至固液界面處）的熱量多少，使得熔體遇“冷”而凝固，即晶體持續生長），而雜質浮于熔體表面； （4）熱交換器產生徑向溫度梯度場，形成的半球形固液界面向三維方向延伸，其半球面形的固液界面的面積會以生長速率的平方增長，晶體生長速率快； （5）可根據實際需要，采用一定尺寸和形狀（如：柱狀、盤狀或其它特

54、殊形狀）的坩堝，可生長出于坩堝形狀相仿的單晶。熱交換法的主要缺點是：熱交換法的主要缺點是： （1）鉬坩堝與藍寶石單晶的熱膨脹系數不一致，使得坩堝邊緣處易產生熱應力，即生長出的藍寶石單晶外部易開裂； （2）如果晶體生長速率過大，則易形成過冷結構，從而導致晶體中出現氣泡、雜志坑及散射中心等缺陷。 因此，必須精確控制氦氣流速來控制晶體生長速率，設備條件要求苛刻，運行成本較高。美國美國Crystal Systems IncCrystal Systems Inc公司公司熱交換法熱交換法直徑直徑380mm380mm，高，高132mm132mm，重量，重量84kg 84kg 20112011年年6 6月月2

55、828日，江蘇吉星新材料有限公司日，江蘇吉星新材料有限公司采用采用“原位生長、原位退火原位生長、原位退火”的改良熱交換法的改良熱交換法直徑直徑360mm360mm，高，高260mm260mm，質量，質量101.35kg 101.35kg 導向溫梯法導向溫梯法(Temperature gradient technique) (Temperature gradient technique) 導向溫梯法是一種與重力加速度方向相反的溫場和熔體相對系統靜止，即以定向籽晶誘導的熔體結晶方法。 裝置主要包括：裝置在簡單鐘罩式真空電阻爐內的鉬坩堝、石墨發熱體和屏蔽裝置裝置主要包括：裝置在簡單鐘罩式真空電阻爐內

56、的鉬坩堝、石墨發熱體和屏蔽裝置 導向溫梯法的優點是：導向溫梯法的優點是： （1）晶體生長時，溫度梯度（裝置自上而下，溫度由高到低）與重力方向相反，且坩堝、晶體和發熱體都不移動，這就避免了熱對流和機械運動產生的熔體渦流； （2）晶體生長時，固液界面處于熔體包圍之中。這樣熔體表面的溫度擾動和機械擾動在到達固液界面以前可被熔體減小以致消除。這對生長高質量的晶體起很重要的作用； （3）生長的晶體被熔體包圍，仍處于熱區，這樣就可以控制其冷卻速度，減少熱應力。 缺點：缺點： （1）石墨發熱體在加熱過程中，石墨存在一定程度的揮發性，導致實際生長氣氛為弱還原氣氛，原料中的過渡性金屬雜質離子在這種氣氛中往往以低

57、價態形式如Cr3+和Ti3+存在于藍寶石單晶中，使所生長的藍寶石單晶顏色不純，一般上部為淺紅色，尾部為淺黃綠色，為提高其完整性、光學透過率及均勻性等，則需要進一步進行脫碳去色的退火處理； （2）生長周期長，能量損耗大。直徑直徑110mm110mm，高，高80mm80mm坩堝下降法坩堝下降法(Vertical Gradient Freeze method) (Vertical Gradient Freeze method) 以移動坩堝的方式，使熔體內產生溫度梯度，進而開始生長晶體 (a)(a)坩堝下降前，熔體較多，晶體較少。坩堝下降前，熔體較多，晶體較少。(b)(b)坩堝下降后，熔體較少，晶體較

58、多坩堝下降后，熔體較少，晶體較多優點：優點：（1）適合大尺寸，多數量晶體的生長，（2）晶體的形狀額可以隨坩堝的形狀而定，適合異形晶體的生長，（3）可加籽晶定向生長單晶，也可以自然成核，依據幾何淘汰的原理生長單晶，（4）可采用全封閉或半封閉的坩堝進行生長，防止熔體、摻雜物質的揮發，造成組分偏離和摻雜濃度的下降，并且可以避免有害物質對周圍環境的污染，（5）操作工藝比較簡單，易于實現程序化，自動化。缺點缺點： （1）晶體生長全過程都在坩堝內進行，不便于直接觀察晶體的生長情況 （2）不同種類的晶體對坩堝材料的物理、化學性能有特定的要求（特別是坩堝與結晶材料的熱膨脹系數的匹配） （3）晶體在坩堝內結晶過

59、程中與產生坩堝對晶體的壓應力和寄生成核，所以對坩堝表面的光潔度要求較高 （4）坩堝下降法生長晶體時，坩堝在下降過程中一般不旋轉，因此生長出來的晶體均勻性往往不如提拉法生長出來的晶體好 利用氫氧氣所形成的火焰，將氧化鋁粉末加熱熔化后，吹向一支氧化鋁棒(單晶籽晶)的頂端，使熔融的氧化鋁在氧化鋁棒頂端形成單晶液滴，單晶液滴逐漸成長為一單晶頸(Neck)。 藉由控制氧化鋁粉末的供給量與調整氫氧氣火焰，可使單晶頸之直徑逐漸增大，進而增長成為長條圓柱形的單晶棒。 雖然制作成本很低，但生長的藍寶石單晶不能滿足所需尺寸和形狀，且達不到光電應用高的要求。焰熔法焰熔法(Flame-Fusion Growth Method) (Flame-Fusion Growth Method) 焰熔法焰熔法(Verneuil method)(Verneuil method)之原理示意圖之原理示意圖 五、藍寶石缺陷及原因分析五、藍寶石缺陷及原因分析 藍寶石晶體的內部缺陷形態分為宏觀缺陷和微觀缺陷。宏觀缺陷一般分為微氣孔及夾雜物。微觀缺陷，一般包括位錯和位錯線。藍寶石晶柱中的夾雜物藍寶石晶柱中的夾雜物 （a a）晶體中的微氣孔（）晶體中的微氣孔（b b）放大照片）放大照片 C C平面晶圓上的位錯照片，（平面晶圓上的位錯照片，（a a）氧化鋁原子排列