國內外藍寶石市場現(xiàn)狀及生長方法介紹

國內外藍寶石市場現(xiàn)狀及生長方法介紹發(fā)布日期：2011-04-08來源:統(tǒng)計整理作者：網(wǎng)絡閱讀：?1032［字體選擇：大中?。菟{寶石市場前景廣闊,但目前生產(chǎn)大尺寸藍寶石晶體技術主要被俄羅斯和歐美企業(yè)壟斷。據(jù)統(tǒng)計,目前全球70%的藍寶石襯底由俄羅斯企業(yè)提供,另外30%由美國和歐洲掌控。國內尚未形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的藍寶石襯底片生產(chǎn)廠家。藍寶石是制作芯片的重要原料，占LED芯片原料費的10%。2010年第三季度后，全球藍寶石產(chǎn)量居前兩名的公司紛紛漲價,直接影響了LED芯片及封裝價格上漲。藍寶石是指非紅色的氧化鋁（A12O3）。含有雜質的藍寶石很早以前就被作為寶石，由于其具有多種光學、機械、電氣、熱以及化學特性，因此還被廣泛應用于工業(yè)等多種領域，而且應用范圍仍在不斷擴大之中。其中，能夠合成制造出藍寶石更是意義重大。藍寶石的主要用途包括LED和LED底板。LED市場在2010年經(jīng)歷了史無前例的發(fā)展。隨著市場的發(fā)展，制造藍色和白色GaN類LED時使用的藍寶石底板的需求也大幅增長。對底板成品的需求由每月按2英寸換算（TIE）為100萬（2009年12月）增加到了200萬（2010年第四季度）。2009年第四季度，藍寶石的加工能力滿足需求還有余力。也就是說，加工藍寶石的企業(yè)還能應對當時的需求。但是，材料的供應能力在2009年年底就逐步達到了極限。生產(chǎn)藍寶石材料的企業(yè)大部分都因為2009年的金融危機和一直持續(xù)到09年的巨大物價壓力而陷入苦于資金周轉的困境。另外，由于新設備的導入和運轉通常需要半到一年的時間，2010年產(chǎn)能緩慢上升，因而無法適應需求的急劇增加。由此產(chǎn)生了嚴重的材料短缺，導致價格暴漲。藍寶石芯材（Core）和坯料（Biank）由商品變身為''戰(zhàn)略性材料”，大量的藍寶石生產(chǎn)商時隔數(shù)年又重新掌握了定價的主導權。而且，他們可以將價格設定為能夠最大限度獲取利潤的水平。其結果是，藍寶石晶圓的美國國內售價超出我們的預想，上漲到了30美元，現(xiàn)金交易市場上的價格更是超過了30美元。很多加工藍寶石的企業(yè)和LED廠商為確保產(chǎn)能已經(jīng)預付了貨款，目的是防止生產(chǎn)線停工。生產(chǎn)藍寶石晶棒的工藝主要有泡生法（KY法、凱氏長晶法）、提拉法（CZ法、柴氏拉晶法）、溫度梯度法（TGT法）等，其中泡生法為主流工藝，生產(chǎn)的藍寶石晶體約占70%，鉆取率約30%。藍寶石晶體原材料為氧化鋁碎晶，生產(chǎn)利用率大于97%，已經(jīng)完全國產(chǎn)化。藍寶石單晶產(chǎn)品即為藍寶石坯料，可直接出售，不合格品可直接作為原材料再次加工。其他消耗材料如鎢鉬材料、金剛石刀具、傳感器、儀表等均國產(chǎn)化。預計由藍寶石生產(chǎn)藍寶石晶棒的原材料、耗材均可由國內充分供應，此環(huán)節(jié)的短板主要在于長晶爐依賴進口。國內主要的藍寶石晶體爐廠家都是高校研究機構，包括西安理工大學、哈爾濱工業(yè)大學以及重慶第二十六研究所等。但國內目前的生產(chǎn)技術只能生產(chǎn)2英寸以下的藍寶石晶棒，長成的晶體與氮化鎵（GaN）的晶格錯位較大，無法用于LED的藍寶石襯底領域，大多用于手表表面外殼等。藍寶石晶棒的供應商有美國的Rubicon、Honeywell，俄羅斯的Monocrystal、ATLAS，韓國STC及國內合晶光電、越峰（臺聚轉投資）、尚志（大同轉投資）及鑫晶鉆（奇美、鴻海轉投資）。藍寶石基板的供應商有美國的Rubicon、Honeywell、CrystalSystems、Saint-Gobain，俄羅斯的Monocrystal、ATLASSapphire，日本的京都陶瓷（Kyocera）、Namiki、Mahk,及國內兆遠、兆晶（奇美轉投資）、晶美、合晶及中美晶等公司。其產(chǎn)能如下：20092010E2011ERubicon（萬毫米）500600900Monocrystsal(萬毫米)400450675STC（萬毫米）300500750越峰（萬毫米）108160300其他（萬毫米）400450900合計（萬毫米）170821603530目前，GaN基襯底包括藍寶石、SiC、GaN、Zno等，商業(yè)化的只有藍寶石、SiC襯底，除CREE外，基本都使用藍寶石襯底。2010年全球主要LED藍寶石基板生產(chǎn)廠商2英寸基板的厚度廠家名稱2英寸基板厚度美國crystalsystems(330430|Jm25|Jm，330430|Jm+25pm)俄羅斯cradleycrystals(330430Jm25Jm，330430jm+25Jm)臺灣兆晶科技股份有限公司(330430Jm25Jm，330430jm+25Jm)臺灣中美矽晶制品股份有限公司(430Jm25Jm，430jm+25Jm)對于新增設備，安裝需要3?6個月的時間。從工藝角度而言，大尺寸藍寶石晶體生產(chǎn)周期需10天左右，準備和后處理需要7天左右，試件加工需要7天左右，質量檢測、微觀結構及光電性能需要30天左右，工藝分析、模擬需要7天左右。前后就耗去6?8個月的時間。同時，藍寶石晶棒除了應用于LED產(chǎn)業(yè)，還應用于以下幾個方面：用途備注航空航天大尺寸平板藍寶石光電窗口透波窗口、護板、陀螺、耐磨軸承等大尺品質藍寶石軍工窗口及器件美國洛克希德馬丁公司估計年增長率超過25%，預計超過3億美元其他民用窗口手機窗口、光電遙控窗口、條碼機耐磨窗口、投影儀保護棱鏡、光電管感光棱鏡，需求約2億美元，耐磨類零部件占晶體用量35%左右藍寶石晶棒供不應求的主要原因在于MOCVD的瘋狂擴張，而并不是LED終端產(chǎn)品需求的增加。由于藍寶石晶棒、基板的緊缺，MOCVD機器只有不到50%的能夠開工，MOCVD的過剩中短期內將催高藍寶石晶棒、基板價格的價格，造成終端產(chǎn)品價格的上漲，降低磊晶廠的毛利率。從長期看，藍寶石晶棒、基板的緊缺必將起到大浪淘沙的作用，一部分芯片質量相對不高，成本相對較高的外延片、芯片企業(yè)將倒在普通照明市場打開之前。藍寶石晶體的生長方法常用的有兩種:1:柴氏拉晶法（Czochralskimethod）,簡稱CZ法?先將原料加熱至熔點后熔化形成熔湯，再利用一單晶晶種接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液界面上因溫度差而形成過冷。于是熔湯開始在晶種表面凝固并生長和晶種相同晶體結構的單晶。晶種同時以極緩慢的速度往上拉升，并伴隨以一定的轉速旋轉，隨著晶種的向上拉升，熔湯逐漸凝固于晶種的液固界面上，進而形成一軸對稱的單晶晶錠?2:凱氏長晶法（Kyropoulosmethod）,簡稱KY法，大陸稱之為泡生法?其原理與柴氏拉晶法（Czochralskimethod）類似，先將原料加熱至熔點后熔化形成熔湯，再以單晶之晶種(SeedCrystal，又稱籽晶棒)接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液界面上開始生長和晶種相同晶體結構的單晶，晶種以極緩慢的速度往上拉升，但在晶種往上拉晶一段時間以形成晶頸，待熔湯與晶種界面的凝固速率穩(wěn)定后，晶種便不再拉升，也沒有作旋轉，僅以控制冷卻速率方式來使單晶從上方逐漸往下凝固，最后凝固成一整個單晶晶碇.晶體提拉法晶體提拉法(crystalpullingmethod)由J.Czochralski于1918年發(fā)明，故又稱''丘克拉斯基法”，簡稱CZ提拉法，是利用籽晶從熔體中提拉生長出晶體的方法,能在短期內生長出高質量的單晶。這是從熔體中生長晶體最常用的方法之一。其優(yōu)點是:(1)在生長的過程中,可方便地觀察晶體生長的狀況；(2)晶體在熔體表面處生長,不與坩堝接觸,能顯著地減小晶體的應力,防止坩堝壁的寄生成核；(3)可以方便地運用定向籽晶和'縮頸”工藝,使'縮頸”后籽晶的位錯大大減少,降低擴肩后生長晶體的位錯密度，從而提高晶體的完整性。其主要缺點是晶體較小,直徑最多達約51?76mm。.泡生法泡生法(Kyropoulosmethod)于1926年由Kyropouls發(fā)明,經(jīng)過科研工作者幾十年的不斷改造和完善,目前是解決晶體提拉法不能生產(chǎn)大晶體的好方法之一。其晶體生長的原理和技術特點是:將晶體原料放入耐高溫的坩堝中加熱熔化,調整爐內溫度場,使熔體上部處于稍高于熔點的狀態(tài);使籽晶桿上的籽晶接觸熔融液面,待其表面稍熔后,降低表面溫度至熔點,提拉并轉動籽晶桿,使熔體頂部處于過冷狀態(tài)而結晶于籽晶上,在不斷提拉的過程中,生長出圓柱狀晶體。泡生法與提拉法生長晶體在技術上的區(qū)別是:(1)晶體直徑在擴肩時