第1章 蓝宝石生长方法概述 1
1.1 大尺寸蓝宝石单晶生长的主要方法 1
1.1.1 提拉法 1
1.1.2 导模法 2
1.1.3 热交换法 3
1.1.4 坩埚下降法 4
1.1.5 水平定向生长法 4
1.1.6 泡生法 5
1.2 蓝宝石单晶主要生长技术优缺点及应用比较 6
第2章 蓝宝石单晶泡生法生长技术 8
2.1 泡生法的基本原理 8
2.2 泡生法生长蓝宝石单晶的典型工艺 8
2.3 典型的泡生法生长蓝宝石单晶炉系统构成 9
2.4 泡生法蓝宝石单晶的生长与加工工艺流程 10
第3章 泡生法生长蓝宝石所需真空的获得与保持 12
3.1 泡生法常用真空系统 12
3.1.1 泡生法长晶过程中以分子泵为主泵的真空系统 12
3.1.2 泡生法长晶过程中以油扩散泵为主泵的真空系统 13
3.2 分子泵的构造及工作原理 14
3.2.1 分子泵的优点 16
3.2.2 常规复合分子泵的缺点 17
3.2.3 一种新型抗大气冲击分子泵的介绍 17
3.2.4 分子泵系统常见故障及解决方案 18
3.3 油扩散泵的构造及工作原理 19
3.3.1 油扩散泵的优点 19
3.3.2 油扩散泵的缺点 20
3.3.3 油扩散泵系统常见故障及解决方案 20
3.4 旋片式真空泵的工作原理 21
3.5 真空腔室常用焊接方案及注意事项 22
3.5.1 真空腔室材料的选择 23
3.5.2 焊接方法及规范 23
3.5.3 焊材的选择及焊缝的形式 24
3.5.4 导电电极 25
3.6 单晶炉系统常见的真空问题及相应解决方案 26
3.6.1 扩散泵返油问题 26
3.6.2 单晶炉系统真空度低的原因及解决方案 26
3.7 抽气时间计算 27
第4章 泡生法热场材料与设计技术 29
4.1 泡生法生长蓝宝石热场的构成 29
4.1.1 钨钼热场的结构和特点 29
4.1.2 氧化锆热场的特点 32
4.2 泡生法生长蓝宝石的温度梯度 33
4.2.1 温度梯度的概念 33
4.2.2 部分热场部件对晶体生长的影响 33
4.3 泡生法蓝宝石生长系统的温场 34
4.3.1 温场结构 34
4.3.2 温场分布 35
4.3.3 温场设计的原则 36
4.3.4 温场的两种典型结构 36
4.4 冷却循环水 40
4.4.1 循环水的设计和控制 41
4.4.2 籽晶杆循环水 41
4.5 热场材料 41
4.5.1 坩埚 42
4.5.2 发热体 44
4.5.3 保温屏 45
4.6 国内外典型热场的主要优缺点 46
4.6.1 乌克兰热场 46
4.6.2 企业热场一 48
4.6.3 企业热场二 49
4.6.4 俄罗斯某企业氧化锆热场 51
4.7 热场设计方向的建议 52
第5章 泡生法蓝宝石的原料与籽晶 54
5.1 原料 54
5.1.1 原料的生产方法 54
5.1.2 原料的使用要求 57
5.2 籽晶的选择和使用注意事项 60
5.2.1 籽晶的选用 60
5.2.2 引晶时对籽晶的使用 61
第6章 泡生法蓝宝石单晶生长工艺技术 65
6.1 晶体炉的检测 65
6.2 泡生法生长蓝宝石单晶化料 65
6.3 泡生法生长蓝宝石的引晶 66
6.3.1 引晶温度和晶结 66
6.3.2 泡生法的旋转引晶 67
6.3.3 籽晶杆的水流量对引晶的影响 67
6.4 引晶工艺种类 68
6.5 冷心和浮岛 69
6.6 泡生法蓝宝石单晶的生长 70
6.6.1 蓝宝石单晶生长各阶段的主要结晶动力 70
6.6.2 放肩 71
6.6.3 等径 72
6.6.4 收尾脱埚 72
6.6.5 退火 73
6.6.6 自然冷却 73
6.7 拉速控制 74
6.8 惰性气体的充填 75
6.9 蓝宝石单晶底部的黄色杂质 75
6.10 蓝宝石单晶生长环境的要求 76
6.11 停电应急处理及单晶炉其他操作处理 76
6.11.1 停电应急处理 76
6.11.2 其他操作处理 76
第7章 泡生法蓝宝石单晶的品质分析 80
7.1 泡生法蓝宝石单晶中的应力分析 80
7.1.1 应力的概念 80
7.1.2 单晶中应力的分类 80
7.1.3 泡生法蓝宝石单晶中应力的危害 81
7.1.4 泡生法蓝宝石单晶的应力检测 81
7.1.5 应力的消除技术方案 82
7.2 泡生法蓝宝石单晶的气泡分析 86
7.2.1 单晶中气泡产生的原因 86
7.2.2 典型气泡成因分析 86
7.2.3 泡生法蓝宝石单晶中气泡的检测方法和存在形式 87
7.2.4 消除泡生法蓝宝石单晶中气泡的方案 88
7.3 泡生法蓝宝石单晶中的散射颗粒分析 89
7.3.1 泡生法蓝宝石单晶中的散射颗粒及其产生的原因 89
7.3.2 消除泡生法蓝宝石单晶中散射颗粒的技术方案 90
7.4 泡生法蓝宝石单晶中的晶界分析 90
7.4.1 单晶中晶界产生的原因 91
7.4.2 晶界的检测方法和存在形式 93
7.4.3 消除泡生法蓝宝石单晶中晶界的技术方案 98
7.5 泡生法蓝宝石单晶中的位错分析 98
7.5.1 单晶中位错产生的原因和种类 98
7.5.2 位错的检测方法 98
7.5.3 降低位错的技术方案 100
7.6 泡生法蓝宝石单晶的其他品质问题分析 100
7.6.1 单晶无晶向的原因 100
7.6.2 LED衬底对泡生法蓝宝石单晶的要求 101
7.6.3 窗口对泡生法蓝宝石单晶的要求 101
第8章 泡生法蓝宝石单晶炉的电气系统与控制 102
8.1 泡生法生长蓝宝石电源系统主要技术指标 102
8.2 蓝宝石长晶厂供电方式 103
8.3 泡生法生长蓝宝石电源系统方案 104
8.3.1 普通电力变压器配置电源柜 104
8.3.2 普通电力变压器配置电源柜及外挂APF 106
8.3.3 普通电力变压器配置PWM整流柜及电源柜 107
8.3.4 移相变压器配置直流配电柜及电源柜 109
8.3.5 提升供配电系统性能的其他方法 111
8.4 泡生法蓝宝石单晶生长过程控制的特点 111
8.5 泡生法蓝宝石单晶生长控制系统组成 112
8.5.1 温度控制系统 112
8.5.2 抽真空系统及检测系统 113
8.5.3 水冷却系统 113
8.5.4 籽晶杆运动系统 113
8.5.5 称重系统 114
8.5.6 测温系统 115
8.5.7 机器视觉系统 115
8.6 控制系统硬件选型 115
8.7 控制系统软件的选择 116
第9章 展望 118
参考文献 122