【導(dǎo)讀】藍(lán)寶石是一種氧化鋁的單晶，又稱為剛玉，如圖1。置、衛(wèi)星空間技術(shù)、高強(qiáng)度激光的窗口材料。其獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的力學(xué)性。近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)藍(lán)寶石晶體材料的尺寸、質(zhì)量不斷。例如，美國國家自然科學(xué)基金委員會(huì)作為LIGO(Laser. 體，晶體尺寸：￠350&#215;120mm，光學(xué)均勻性：△n<2&#215;10-7，弱光吸收系數(shù)。量地生長大尺寸藍(lán)寶石單晶已成為當(dāng)前面臨的迫切任務(wù)。共價(jià)鍵型式結(jié)合而成，其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)，如圖2、3、4所示。表1所列為藍(lán)寶石之特性表。藍(lán)寶石晶體硬度很高，為莫氏硬度9級(jí)，僅次于最硬的金剛石。藍(lán)寶石晶體的熔點(diǎn)為2050℃，沸點(diǎn)3500℃，最高工作溫度可達(dá)。學(xué)及相關(guān)應(yīng)用的探索與研究，其中以軍事目的為背景的研究無疑是首當(dāng)其沖。日前，紅外技術(shù)不僅在已成功運(yùn)用的領(lǐng)域充分發(fā)揮優(yōu)勢，還將更有效地應(yīng)。超速導(dǎo)彈整流罩的材料僅有氧化釔、尖晶石、氧化鋁氮化鋁及藍(lán)寶石等。以同時(shí)滿足超高音速導(dǎo)彈對(duì)透波材料的苛刻要求。Python-4空空導(dǎo)彈、英國Asraam先進(jìn)近距離空空導(dǎo)彈等。

　　

【正文】 制界面 (由圖 33 中放大 ) 圖 3 34 為 GT Solar 先進(jìn)的 HEM 法藍(lán)寶石生長爐。空間大小 **；重量約 2 噸；冷卻水 立方米 /小時(shí)；功率 80KVA； 100KG 的晶體生長周期小于等于 18 天； A 軸從下向上生長；低 應(yīng)力；單爐臺(tái)產(chǎn)能大于 100000TIE(TIE = two inch equivalence, 2 寸等價(jià) )。以上是 爐子 的一些 參數(shù) ，詳細(xì)情況有待進(jìn)一步考察。 公司產(chǎn)品見附件六。 俄羅斯 VNIISIMS 圖 35 VNIISIMS 公司 藍(lán)寶石長晶爐 (臺(tái)灣越峰 長晶設(shè)備 ) 37 圖 36 VNIISIMS 公司藍(lán)寶石長晶爐生長的藍(lán)寶石單晶 俄羅斯材料研究機(jī)構(gòu) Vniisims 公司 (Russian Research Institute for the synthesis of Materials)。 Vniisims 公司在研發(fā)各式晶石的長晶技術(shù)上已有 50 多年的歷史 (自 1954 年設(shè)立至今 )，已累積了非常豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)與成果，成功地生長制造出很多的人工晶體，多數(shù)已提供作為國防工業(yè)與半導(dǎo)體工業(yè)之關(guān)鍵零組件的材料之用。圖 3 36 是 Vniisims 公司的藍(lán)寶石長晶爐和所生長的藍(lán)寶石單晶。 臺(tái)灣越峰電子材料股份有限公司 使用的就是這種長晶爐，該設(shè)備的 長晶方法是 KY 法 。 江蘇華盛天龍光電設(shè)備股份有限公司 天龍光電 ( (CZ 法 )與泡生法 (KY 法 )兩種藍(lán)寶石晶體生長技術(shù)，目前最大晶體可切 8 吋藍(lán)寶石基板 ， 目前除已掌握日本代工訂單外，國內(nèi)合作意向廠商眾多。 不過 據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露， 天龍的爐子不帶熱場，不含工藝，只管賣空殼， 價(jià)格較低， 40 60W RMB 之間。暫無其它資料，有待進(jìn)一步考察。 江蘇 常州市祺科機(jī)械制造有限公司 圖 37 為 常州祺科公司的 QK 系列藍(lán)寶石單晶爐 ，該 單晶爐是采用直拉法工藝生長藍(lán)寶石、激光、氧化物固體單晶材料，可在真空、大氣或充入惰性氣體、在可控的局部壓力狀態(tài)下運(yùn)行。可采用中頻或電 阻電源加熱?？梢陨a(chǎn) 2 英寸、 38 4 英 寸 藍(lán) 寶 石 晶 體 ， LED 襯 底 材 料 。 具 體 資 料 詳 見 公 司 主 頁 ： 圖 37 常州祺科公司的 QK 系列藍(lán)寶石單晶爐 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 圖 38 為上海光機(jī)所溫度梯度法藍(lán)寶石單晶爐。暫無其它資料！ 圖 38 上海光機(jī)所溫梯法藍(lán)寶石單晶爐 39 光谷光電 暫無資料！ 日本住金 暫無資料！據(jù)業(yè)內(nèi)人士說爐子較好，價(jià)格較貴， 200W 以上。但一直無法獲得相關(guān)爐子信息，也不知道國內(nèi)有沒廠家在用。 日本第一機(jī)電 暫無資料！ 生產(chǎn)流程 圖 39 藍(lán)寶石單晶生長和晶片 加工流程圖 準(zhǔn)備原料 填充原料及架設(shè)晶種 爐體抽真空 晶體與坩堝分離 原料熔化 熔接晶種 晶頸生長 晶體生長 爐體加熱 冷卻 取出晶體 Sapphire ingot 藍(lán)寶石單晶生長流程 Sapphire ingot 宏觀檢測 鉆取晶圓棒 晶圓棒定向 晶圓棒切片 鑲埋、研磨、拋光及腐蝕 微硬度分析 微觀檢測 計(jì)算位錯(cuò)密度 檢驗(yàn)合格 藍(lán)寶石晶片加工流程 40 圖 39 為 藍(lán)寶石單晶生長和晶片加工流程圖 ，其中藍(lán)寶石單晶生長流程是以臺(tái)灣越峰藍(lán)寶石單晶爐和 KY 法生長技術(shù)為例。 具體流程詳見附件七。 總結(jié) 高品質(zhì)、低成本的晶體材料生長技術(shù)是世界各國關(guān)注的難點(diǎn)和重點(diǎn)。從目前的技術(shù)水平來看， 先進(jìn)的 藍(lán)寶石長晶技術(shù)由美國、日本與俄羅斯掌握 ， 由于藍(lán)寶石材料有著較強(qiáng)的軍工應(yīng)用背景需求，因此各國均將該項(xiàng)技術(shù)列為高度機(jī)密內(nèi)容， 其中美國與日本對(duì)長晶技術(shù)嚴(yán)密封鎖，其它國家難以取得關(guān)鍵技術(shù) 。 國內(nèi) 自主研發(fā) 的藍(lán)寶石晶體生長設(shè)備，是基于傳統(tǒng)方法和技術(shù)開發(fā)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室級(jí)產(chǎn)品 。 與美國、 俄羅斯、烏克蘭等國相比，我國的單晶爐大多技術(shù)原理方法落后，設(shè)備自動(dòng)化程度低，晶體尺寸小，質(zhì)量難以達(dá)到光學(xué)級(jí)水平，材料利用率低，成本高 ， 成果轉(zhuǎn)化及規(guī)模生產(chǎn)不足 ， 產(chǎn)品市場競爭力弱。 因此臺(tái)灣與中國廠商的藍(lán)寶石長晶技術(shù)基本主要來自俄羅斯 和烏克蘭。 就技術(shù) 差 別來看， 美國 Rubicon 采用 ES2 技術(shù) ，在 2021 年公司宣布成功生長出 “ 世界上最大的藍(lán)寶石晶體 ” ， 重量高達(dá) 200kg，可用以切出 12 吋藍(lán)寶石基板 ，Rubicon 宣稱 ES2 技術(shù)產(chǎn)品缺陷率低于其它技術(shù) 。 美國 Crystal Systems 則采HEM 熱交換法 ， 日本廠商則 多以拉晶 (Czochralski Method， CZ 法 ) 與導(dǎo)模法為主 (Edgedefined Filmfed Growth， EFG 法 )，俄羅斯以 KY 法 (Kyropulos Method， 又稱泡生法 )為主，臺(tái)灣與中國廠商長晶技術(shù)主要源于俄羅斯 KY 法，俄羅斯長晶技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)低 ， 規(guī)模化生產(chǎn)后成本仍具吸引力 。 目前藍(lán)寶石基板仍多以 CZ 法與 KY 法為主流，藍(lán)寶石基板以 24 吋為主，基于成本因素與設(shè)備廠商開發(fā)進(jìn)程，預(yù)估短期轉(zhuǎn)至 68 吋機(jī)率仍較低。 5. 國外藍(lán)寶石襯底企業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展 國外 因南韓、臺(tái)灣與大 陸等地區(qū) LED 廠自 2021 年以來陸續(xù)擴(kuò)充有機(jī)金屬化學(xué)氣相磊晶 (Metal Organic Chemical Vapor Deposition， MOCVD)設(shè)備產(chǎn)能，帶動(dòng)全球藍(lán)寶石晶棒需求增加，然 2021 年全球藍(lán)寶石晶棒廠擴(kuò)產(chǎn)趨于保守，致使 2021年全球藍(lán)寶石晶棒供貨不足，以 2 吋藍(lán)寶石基板為例，其價(jià)格已由 2021 年上半 41 的 7 美元持續(xù)上漲至 2021 年底的 30 美元左右，于此背景下， 2021 年下半起全球主要藍(lán)寶石晶棒廠紛紛擴(kuò)產(chǎn)。 圖 40 為 2021 年 2 吋 晶圓的美國國內(nèi)售價(jià)走勢 。截止 3 月底，已降至 25 美元左右。 圖 40 2 吋 晶圓的美國國內(nèi)售價(jià)走勢，橫軸的時(shí)間沒有特殊規(guī)律 因歷經(jīng)全球藍(lán)寶石晶棒供貨不足現(xiàn)象，全球主要藍(lán)寶石晶棒廠雖陸續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，然因各廠擴(kuò)產(chǎn)腳步不一，且藍(lán)寶石晶棒新進(jìn)業(yè)者家數(shù)漸增，此將導(dǎo)致 2021 年全球藍(lán)寶石晶棒廠商別產(chǎn)能占有率產(chǎn)生變化。 依全球藍(lán)寶石晶棒廠商別月產(chǎn)能來看，美商 Rubicon 于 2021 年至 2021 年上半居全球龍頭地位，不過，韓廠 Sapphire Technology Company (STC)因擴(kuò)產(chǎn)腳步相對(duì)較快，已于 2021 年第 3 季超越 Rubicon，主因 STC 于南韓政府扶植計(jì)畫中獲資金支持，有利 于 2021 年 (含 )后其加速藍(lán)寶石晶棒擴(kuò)產(chǎn)腳步。 2021 年雖全球藍(lán)寶石晶棒主要廠商擴(kuò)產(chǎn)速度不一，但依其擴(kuò)產(chǎn)目標(biāo)來看，韓廠 STC 可望躍居全球藍(lán)寶石晶棒龍頭地位，此將導(dǎo)致 美國 Rubicon 與 俄羅斯Monocrystal 排名分別后退至第 2 與第 3，且因 臺(tái)廠越峰 積極擴(kuò)產(chǎn)， 2021 年底可望躍升至全球第 4 地位，故 日廠京瓷 (Kyocera)與并木精密寶石 (Namiki Precision Jewel，簡稱并木 )排名將分別后退至第 5 與第 6；而 2021 年 韓廠 Astek 亦可望居第 7 地位，其于全球藍(lán)寶石晶棒市場影響力將上揚(yáng)。 2021 年因南韓、大陸等地區(qū)藍(lán)寶石晶棒新進(jìn)廠商家數(shù)增加，預(yù)測 2021 年底美國、俄羅斯與日本地區(qū)晶棒廠于全球合計(jì)月產(chǎn)能占有率將較 2021 年底下滑%；相較之下，因韓廠 STC 可望居全球晶棒廠產(chǎn)能之冠，且另一韓廠 Astek于 2021年產(chǎn)能占有率亦可望上揚(yáng)至 %，考量南韓尚有 Hansol LCD、 LG Siltron 42 等業(yè)者已自 2021 年以來陸續(xù)跨足藍(lán)寶石晶棒事業(yè)，預(yù)料 2021 年韓廠于全球晶棒產(chǎn)業(yè)地位將持續(xù)上揚(yáng)。 圖 41 為 全球前 7 大晶棒廠擴(kuò)產(chǎn)前后月產(chǎn)能變化。 圖 42為 2021 年全球藍(lán)寶石晶棒廠商月產(chǎn)能擴(kuò)充目標(biāo)占有率 。 2021~2021 年全球藍(lán)寶石晶棒廠商月產(chǎn)能變化 注 1：日廠京瓷與并木是由 3 吋藍(lán)寶石基板片數(shù)換算為晶棒長度 ， 其他廠商則以 2 吋藍(lán)寶石基板為基準(zhǔn)計(jì)算而來。 注 2： 2021 年是指各廠商擴(kuò)產(chǎn)目標(biāo)，然實(shí)際擴(kuò)產(chǎn)速度將不一致。 注 3：韓廠 STC 為 Sapphire Technology Company 縮寫。 資料來源： DIGITIMES， 2021/12 圖 41 全球前 7 大晶棒廠擴(kuò)產(chǎn)前后月產(chǎn)能變化 2021 年全球藍(lán)寶石晶棒廠商月產(chǎn)能擴(kuò)充目標(biāo)占有率一覽 注 1：日廠京瓷與并木是由 3 吋藍(lán)寶石基板片數(shù)換算為 晶棒長度， 其他廠商則以 2 吋藍(lán)寶石基板為基準(zhǔn)計(jì)算而來。 注 2：此為 2021 年各廠商擴(kuò)產(chǎn)目標(biāo)，然實(shí)際擴(kuò)產(chǎn)速度將不一致。 資料來源： DIGITIMES， 2021/12 圖 42 2021 年全球藍(lán)寶石晶棒廠商月產(chǎn)能擴(kuò)充目標(biāo)占有率 43 藍(lán)寶石晶棒主要生產(chǎn)技術(shù)中，以凱氏法與 VHGF 法于量產(chǎn)效益表現(xiàn)相對(duì)較佳 ，其中，采 用 凱氏法的廠商有美商 Rubicon、俄羅斯 Monocrystal、臺(tái)廠越峰、韓廠 Astek；采 用 VHGF 法的廠商則為韓廠 STC。至于日廠京瓷與并木，均采用 EFG 法。 依全球藍(lán)寶石晶棒地區(qū)別月產(chǎn)能擴(kuò)充目標(biāo)占有率 來看， 2021 年底韓廠 STC可望以 %居冠，而另一韓廠 Astek 亦可望由 2021 年底的 %上揚(yáng)至 2021年底的 %，且 Hansol LCD、 LG Siltron、 Biemt 等韓廠已自 2021 年以來陸續(xù)跨足藍(lán)寶石晶棒事業(yè)，預(yù)料 2021 年韓廠于全球晶棒產(chǎn)業(yè)地位將持續(xù)上揚(yáng)。 相較之下，美國、俄羅斯及日本地區(qū)于全球合計(jì)產(chǎn)能占有率將由 2021 年底的 59%下滑 %至 2021 年底的 %，意味原先美國與俄羅斯于全球晶棒市場居領(lǐng)先地位局勢將產(chǎn)生改變。 國內(nèi) 國內(nèi) (含臺(tái)灣 )藍(lán)寶石 襯底基片生產(chǎn)廠家名單 1. 臺(tái)灣越峰電子材料股份有限公司 2. 臺(tái)灣鑫晶鉆科技股份有限公司 3. 臺(tái)灣兆晶 科技股份有限公司 4. (聯(lián)電集團(tuán) )臺(tái)灣兆遠(yuǎn)科技股份有限公司 5. (大同集團(tuán) )臺(tái)灣晶美應(yīng)用材股份有限公司 6. 臺(tái)灣中美矽晶制品股份有限公司 7. 臺(tái)灣合晶科技股份有限公司 8. 臺(tái)灣竹科半導(dǎo)體材料有限公司 9. 臺(tái)灣尚志半導(dǎo)體股份有限公司 10. 哈爾濱工大奧瑞德光電技術(shù)有限公司 11. 云南藍(lán)晶科技有限責(zé)任公司 12. 重慶四聯(lián)光電科技有限公司 44 13. 青島嘉星晶電科技股份有限公司 14. 深圳愛彼斯通半導(dǎo)體材料有限公司 15. 合肥 科晶材料技術(shù)有限公司 16. 揚(yáng)州華夏集成光電有限公司 17. 重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司晶體科技分公司 18. 北京國晶輝紅外光學(xué)科技有限公司 19. 浙江天通電子股份有限公司 20. 蘇州天力晶體有限公司 21. 天津賽法晶片技術(shù)有限公司 22. 成都東駿激光股份有限公司 23. 四川鑫通新材料有限責(zé)任公司 24. 江蘇元亮科技有限公司 25. 焦作市科瑞斯達(dá)光電材料有限公司 26. 大連淡寧光電技術(shù)有限 公司 27. 浙江巨化集團(tuán)興化公司晶體材料廠 (已停產(chǎn) ) 國內(nèi) (含臺(tái)灣 )藍(lán)寶石襯底基片正在上馬的廠家名單 1. 臺(tái)灣晶元光電股份有限公司 2. 常州歐亞藍(lán)寶光電科技有限公司 3. 貴陽市工業(yè)投資 (集團(tuán) )有限公司 4. 協(xié)鑫光電科技 (江蘇 )有限公司 5. 浙江水晶光電科技股份有限公司 6. 長治虹源科技晶體有限公司 7. 江蘇吉星新材料有限公司 8. 九江賽翡藍(lán)寶石科技有限公司 9. 西安神光安瑞光電科技有限公司 10. 浙江東晶電子股份有限公司 (北京 )有限公司