《高品质大尺寸C向蓝宝石晶体衬底材料的研发及产业化》

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项目提出的背景:蓝宝石(Al2O3)晶体是现在工业重要基础材料。除被用作红外装置、卫星空间技术、探测和高功率强激光等尖端科技广泛应用外,还为微电子、光电子、光通信、信息显示等众多热点领域技术发展,尤其是蓝(白)光LED照明产业最理想的衬底材料。中国蓝宝石的人工制备技术与其他很多关键原材料技术一样,仍处于后发阶段,与欧、美、日、俄相比差距较大,特别是大尺寸、高品质蓝宝石单晶制备技术才刚刚起步,远远落在传统发达国家的后面。

项目提出的意义:随着GaN磊晶和芯片技术的发展,蓝宝石衬底的尺寸不断加大,国内主流的衬底尺寸为2英寸,国际上主流尺寸在4英寸。采用大尺寸蓝宝石衬底是降低LED芯片成本的主要因素之一,美国能源部研究报告也得出结论,采用6英寸衬底每个轮次的LED芯片产出量比现通常的2英寸提高52%;所以高品质大尺寸的蓝宝石衬底材料是LED产业未来的发展趋势。飞利浦、夏普和LG已经实现6英寸的大批量生产。三星、晶电等正在进行6英寸工艺的研发。国内的三安光电、德豪润达和华灿等主力机台全部转化为4英寸,正在进行6英寸的开发。天通从2010年开始进入蓝宝石衬底行业,从布局阶段就采用高规格,全产业链考虑。蓝宝石晶体生长采用泡生法,从设备开始进行研制,从30kg到50、70kg,到批量100kg蓝宝石晶锭。衬底加工产线全部配置4英寸生产设备,可以快速对应市场革新。

项目主要论点与论据:该项目借鉴天通在4英寸衬底加工技术的基础上,针对6英寸面积增大的各种难点进行技术攻关,提升产品性能满足客户的要求。在现有设备和技术条件,从晶体生产到衬底加工的各级工序进行了全面的提升,特别是晶体生长,双面研磨和抛光工艺进行了革新。该项目将采用自主研发的微提拉技术和高精密“切、磨、抛”加工技术制备高品质的6英寸蓝宝石衬底材料。

项目产品技术创新点:1.采用自主研发的泡生法技术进行C向大尺寸蓝宝石晶体的生长;2.大尺寸双6英寸的抛光技术;3、双面研磨加工技术。

社会经济效益获奖情况:该项目研发成果主要用于微电子、光电子、光通信、信息显示等众多热点领域,目标产品为蓝宝石衬底产品,已申请专利3项,获得授权专利1项,实用新型专利1项,产品于2015年3月开始进入市场发生销售。根据天通控股股份有限公司提供的销售收入明细帐及增值税发票、销售合同等资料,审计确认该项目实施,2015年4月1日至2015年11月30日实现销售收入2582.20万元、利润96.13万元、税金63.12万元。该项目的实施可为LED产业提供必要的基础性、战略性衬底材料支持。世界上只有少数几个国家掌握蓝宝石生产技术,其中以美国、日本和俄罗斯技术水平较高,并且占有全球大部分的市场,但仅是这些少数国家生产的蓝宝石晶体远不能满足市场需求。国内有多家企业已具备了蓝宝石单晶制备技术,但大尺寸长晶及后序加工技术还比较落后,因而大部分蓝宝石单晶产品直接出口,经境外企业切、磨、抛后再转运回国使用。实现蓝宝石晶体国产化加工既是发展LED产业的当务之急。该项目技术的推广应用,可为国内LED业提供强有力的技术支持,有效促进中国新兴产业发展,不断完善中国LED产业链,提高中国蓝宝石产业核心技术水平和产业化水平。

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