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藍(lán)寶石是具有六方（菱面體）晶體結(jié)構(gòu)的單晶Al2O3，藍(lán)寶石具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和光學(xué)特性組合。它是一種極具商業(yè)價(jià)值的高價(jià)值材料，同時(shí)它是迄今為止最堅(jiān)固、最堅(jiān)韌、抗熱沖擊和耐化學(xué)腐蝕的材料，藍(lán)寶石是各種電子基板的理想材料。以下是藍(lán)寶石陶瓷基板的一些重要的基本特性、應(yīng)用和特性。

一、平面方向

藍(lán)寶石襯底有C、R、A和M平面方向可供選擇，目前，C面藍(lán)寶石晶片是應(yīng)用最廣泛的藍(lán)寶石襯底。它用于生長(zhǎng) ll-V 和 ll-Vl 化合物，例如氮化鎵或GaN，以及用于激光二極管。明亮的藍(lán)色和綠色LED，它還用于紅外探測(cè)器、碲化鎘汞和通用光學(xué)。當(dāng)需要在紫外或紅外范圍內(nèi)進(jìn)行光傳輸時(shí)，藍(lán)寶石襯底是玻璃襯底的合適替代品。R平面藍(lán)寶石襯底優(yōu)選用于硅的異質(zhì)外延沉積，它用于制造半導(dǎo)體、微波和微電子集成電路應(yīng)用。R面是藍(lán)寶石的非極性面，因此，藍(lán)寶石器件中R平面位置的變化使其具有不同的機(jī)械、熱、電氣和光學(xué)特性。R平面SoS (Silicon-on-Sapphire) 芯片廣泛用于集成電路和光伏領(lǐng)域。A-Plane 藍(lán)寶石襯底可用于混合微電子和光電應(yīng)用，研究人員使用化學(xué)氣相沉積（CVD）在a面藍(lán)寶石上生長(zhǎng)AlGaN外延層。因此，藍(lán)寶石陶瓷基板根據(jù)其平面取向和配置在不同行業(yè)中得到廣泛使用。

二、屬性和應(yīng)用

藍(lán)寶石具有出色的電絕緣性、透明度、良好的導(dǎo)熱性和高剛性特性，因此它是一種理想的基板材料。用于LED和微電子電路、超高速集成電路，它用于生長(zhǎng)III-V 或 II-VI 化合物半導(dǎo)體。R面或M面用于生長(zhǎng)非極性/半極性面外延層，有助于提高發(fā)光效率?；旌衔㈦娮?、微電子IC應(yīng)用使用藍(lán)寶石襯底，穩(wěn)定的介電常數(shù)和低介電損耗使其可用于混合微電子產(chǎn)品。

三、制造工藝

平面取向是制造藍(lán)寶石晶片的主要要求。檢查襯底和外延膜之間的結(jié)構(gòu)匹配程度，你需要在切片機(jī)上精確定位藍(lán)寶石水晶棒的位置，棒將其切成薄片。一旦它穿過(guò)它，你就可以去除芯片切割損壞層并提高基板的平整度。將其邊緣修整成圓弧，以提高其邊緣的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度。完成修整后，拋光表面以去除任何粗糙度并實(shí)現(xiàn)外延層的精度。使用適當(dāng)?shù)那鍧嵈胧┤コ浔砻娴幕覊m顆粒、金屬或任何有機(jī)污染物。

四、藍(lán)寶石陶瓷基板應(yīng)用領(lǐng)域

在藍(lán)寶石陶瓷基板應(yīng)用領(lǐng)域里，藍(lán)寶石生長(zhǎng)的進(jìn)步降低了藍(lán)寶石的價(jià)格，同時(shí)促進(jìn)了更大靜錠的生長(zhǎng)。這兩項(xiàng)進(jìn)步使藍(lán)寶石能夠用于越來(lái)越多的產(chǎn)品領(lǐng)域上可以實(shí)現(xiàn)有益性能的應(yīng)用。

1、微電子領(lǐng)域的基板

Si和GaAs分別用于第一代和第二代傳統(tǒng)半導(dǎo)體應(yīng)用，他們推動(dòng)了微電子和光電子技術(shù)的發(fā)展，這種信息技術(shù)給人們的生活帶來(lái)了巨大的變化。但由于材料本身性能的限制，第一代和第二代半導(dǎo)體材料只能在200℃以下的環(huán)境下工作。它們的耐輻射和耐高壓擊穿性能不能滿(mǎn)足現(xiàn)代電子技術(shù)對(duì)高溫、大功率、高頻、高壓、耐輻射和藍(lán)光發(fā)射的要求。

新的電子設(shè)備需要第三代半導(dǎo)體，即寬帶隙 GaN 和 Sic。GaN有很多優(yōu)點(diǎn)。如禁帶寬、電子飽和速度快、導(dǎo)熱性好、破壞強(qiáng)度高、介電常數(shù)低、熱穩(wěn)定性強(qiáng)。因此，第三代半導(dǎo)體材料的特性最終將在航空航天、探測(cè)、核能開(kāi)發(fā)、衛(wèi)星通信、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、顯示、新型照明技術(shù)、激光打印、存儲(chǔ)器等領(lǐng)域帶來(lái)廣闊的應(yīng)用前景。

1970年代初，人們開(kāi)始探索GaN生長(zhǎng)工藝，但由于材料技術(shù)限制，未能生長(zhǎng)出高質(zhì)量的GaN晶體。新方法——分子束延伸（MBE）和化學(xué)氣相沉積（CVD）相繼出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了對(duì)GaN的研究。雖然GaN與藍(lán)寶石晶體存在較大的晶格失配，但以藍(lán)寶石為襯底，具有與GaN晶體結(jié)構(gòu)相同、高溫穩(wěn)定性、散熱性和化學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。藍(lán)寶石還可以以相對(duì)較低的成本實(shí)現(xiàn)更大的晶片 目前，隨著生長(zhǎng)技術(shù)的改進(jìn)，高質(zhì)量的 GaN 晶體可以在藍(lán)寶石晶片上外延。(0001)藍(lán)寶石表面已成為最理想的實(shí)際應(yīng)用基板。

2、SOS微電子電路

SOS（Silicon on Sapphire）微電子電路，即在藍(lán)寶石晶片晶面上生長(zhǎng)單晶硅薄膜的方法，稱(chēng)為異質(zhì)延伸法，然后在單晶硅薄膜上制作半導(dǎo)體器件。由于SOS微電子電路具有高速、低功耗、抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)、臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦、高速高頻無(wú)線電通信、小型衛(wèi)星、航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。藍(lán)寶石具有與單晶硅相似的熱膨脹系數(shù)。首先在表面采用異質(zhì)延伸法生長(zhǎng)單晶硅層(100表面)，然后在單晶硅上制作半導(dǎo)體器件。

3、激光矩陣、光學(xué)元件等用途

藍(lán)寶石陶瓷基板是一種優(yōu)良的激光基體材料，混合鈦藍(lán)寶石是當(dāng)今世界上最好的波段可調(diào)諧激光晶體。它是寬帶可調(diào)和高增益。可調(diào)諧波段范圍為 660 ~ 1200 nm。1982年，莫爾頓首先報(bào)道了用藍(lán)寶石實(shí)現(xiàn)激光振蕩的成就。藍(lán)寶石處于很寬的透射光波段，從近紫外波段0.9nm到紅外波段5.5um，在0.25~4.5um仍有80%的穿透率。由于可以獲得較大的尺寸，藍(lán)寶石晶體已被用作基質(zhì)材料的光譜成分，并用于美國(guó)LIGO（激光干涉引力天文臺(tái)）的大型干涉裝置，可以探測(cè)到引力波。在民用領(lǐng)域，藍(lán)寶石水晶具有廣泛的應(yīng)用，例如用于醫(yī)療器械。