蓝宝石（Al2O3）-薄膜衬底

薄膜衬底蓝宝石是一种在微电子和光电子领域广泛应用的材料，它主要以氧化铝（Al₂O₃）单晶为主要成分

化学成分与晶体结构

化学成分：蓝宝石衬底的主要化学成分是三氧化二铝（Al₂O₃），晶型为α-Al₂O₃，分子量为9612。

晶体结构：蓝宝石晶体是一种简单配位型氧化物晶体，属于六方晶系。其晶格常数为：a=b=0.4785nm, c=1.2991nm, α=β=90°, γ=120

特性

光学性能：

蓝宝石具有很高的光学透过率，能够透过可见光和部分红外光。

它被用作红外军事器件、航天飞行器、高强度激光器和光通信的窗口材料。

机械性能：

蓝宝石的硬度非常高，仅次于钻石，因此具有很高的耐磨性和强度。

适用于恶劣环境中的使用，如锅炉水表、商品条码扫描器、轴承等精密制造领域。

化学稳定性：

蓝宝石耐腐蚀性强，能够抵抗多种化学物质的侵蚀，适用于化工、石油勘探等领域。

电绝缘性和导热性：

蓝宝石具有良好的电绝缘性能，同时导热性能也不错。

这使得它可以作为LED、微电子电路、超高速集成电路等电子器件的衬底材料。
薄膜衬底蓝宝石的主要优点可以归纳如下：

优异的光学性能：

蓝宝石具有很高的光学透过率，能够透过可见光和部分红外光，使得它成为微电子管介质材料、超声传导元件、波导激光腔等光学元件的理想选择。

作为红外军事器件、航天飞行器和光通信的窗口材料，其高光学透过率保证了信号传输的效率和清晰度。

出色的机械性能：

蓝宝石的硬度非常高，仅次于钻石，因此具有很高的耐磨性和强度。这种特性使得蓝宝石衬底在恶劣环境中具有优异的稳定性和耐久性，如锅炉水表、商品条码扫描器和轴承等精密制造领域。

良好的化学稳定性：

蓝宝石耐腐蚀性强，能够抵抗多种化学物质的侵蚀，适用于化工、石油勘探等领域。

这种化学稳定性保证了蓝宝石衬底在复杂环境下的长期稳定运行。

良好的电绝缘性和导热性：

蓝宝石具有良好的电绝缘性能，这使其成为LED、微电子电路、超高速集成电路等电子器件的衬底材料的理想选择。

同时，蓝宝石也具备一定的导热性能，有助于散热和维持器件的稳定性。

生产技术成熟：

蓝宝石衬底的生产技术已经相对成熟，能够稳定地提供高质量的产品。

这使得蓝宝石衬底在市场上的应用更加广泛和可靠。

良好的热稳定性：

蓝宝石衬底能够在高温生长过程中保持稳定，这使得它成为一些需要高温处理的工艺中的理想选择。

易于处理和清洗：

蓝宝石衬底的机械强度高，易于进行切割、研磨和抛光等处理过程。

同时，其化学稳定性也使其易于清洗和保持清洁。

应用领域：

薄膜衬底蓝宝石的应用领域十分广泛，以下是其主要应用领域的清晰归纳：

半导体LED工业：

蓝宝石衬底在半导体LED工业中占据重要地位，特别是作为MOCVD外延GaN衬底的关键材料。

它主要用于生长氮化镓（GaN）基的外延片，由于其高热导性和电绝缘性，能够承受LED生产过程中的高温和电流，同时提供良好的光学透明性。

蓝宝石衬底在LED芯片用衬底市场中占据了绝大多数份额。

消费电子领域：

蓝宝石衬底因其高硬度和耐磨损特性，被广泛应用于智能手机、智能手表和其他便携式设备的摄像头保护玻璃和显示屏盖板。

它的使用确保了这些设备在日常使用中的耐用性和美观性。

微电子IC应用：

在微电子领域，蓝宝石衬底也在超高速集成电路（SOS）中发挥重要作用。

它为半导体薄膜的生长提供了良好的晶体生长平台，从而制备出高质量的半导体器件。

光电领域：

蓝宝石衬底在光电子领域有着广泛的应用，如制造激光器、LED和光电探测器等器件。

其高透明度和低自发光特性使其成为这些器件的理想基底材料。

其他领域：

在生物医学领域，蓝宝石衬底因其生物相容性和抗腐蚀性能，可用于制造生物传感器、人工关节和植入式医疗器械等。

在化工领域，蓝宝石中的铝元素可以通过化工方法提取出来，用于制造氧化铝、铝盐和陶瓷等化学品。

在国防工业中，蓝宝石衬底也因其优异性能而被应用于制造高性能的军事电子器件。

蓝宝石（Al2O3）基本参数表格如下：

参数名称	符号	数值/描述
化学式	–	Al2O3
分子量	–	101.96 g/mol
晶体结构	–	六方晶系
晶格常数	a	4.758 Å
	c	12.992 Å
密度	–	3.95-4.1 g/cm³
熔点	–	2045 ℃
折射率	–	no = 1.768, ne = 1.760
透光特性	–	T≈80% (0.3~5 μm)
莫氏硬度	–	9