微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体

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1、微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体及LED衬底材料研究报告                              一、行业背景：未来高亮度照明LED的市场将非常广阔LED是发光二极管的简称（Light-Emitting-Diode），是由化合物半导体材料制成的发光器件。其发光的基本原理是利用LED内原本分离两端的电子和空穴，在外加正向电压后相互结合时将电能转化成光能，能量以光的形式释放出来。LED是一种节能环保、寿命长和多用途的环保光源，其能耗仅为白炽灯的10%，荧光灯的50%。LED作为一种照明光源的普及将能能够显著降低电力消耗，减少

2、二氧化碳排放。中国是世界上光电子技术研究发展速度最快的国家之一，随着中国“国家半导体照明工程”的启动实施，目前中国的一些研究机构和企业大大加快了产业化的步伐，美国、欧洲和日本等发达国家都积极支持LED产业的发展，出台产业支持政策。从“十一五”计划开始，我国政府将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。国内企业大多数从事LED下游的封装和应用，所需芯片、关键设备和技术大部分得从境外进口。手机背光源的普及推动全球LED产业快速发展；从2008年起，笔记本电脑屏幕和电视屏幕采用LED逐渐普及，是全球LED产业新的发展动力；未来高亮度照明LE

3、D的市场非常广阔其中景观照明是最大的细分市场，背光源和显示屏次之。通过发光方式的转变，LED将电能直接转化为光能，能量转化效率大大高于白炽灯和荧光灯。中国绿色照明工程促进项目办公室的专项调查显示，我国照明用电每年在3000亿度以上，如由LED取代，可节省1/3的照明用电，相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。LED作为一种照明光源的普及将能能够显著降低电力消耗，减少二氧化碳排放。LED的使用寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。LED光源的微型化、快速响应、色彩丰富以及可数字化控制等特点使其拥有巨大的

4、应用市场。中国大陆已经成为世界上重要的中低端LED封装生产基地。根据中国光学光电子协会统计，2006年我国LED的产值为140亿元，2008年应用市场规模达到540亿元，到2010年国内LED照明及其相关产业产值将超过1000亿元。国内市场将保持30%以上的增长速度。其中高亮度LED器件增长率超过50%，高亮度芯片的增长速度超过100%。LED未来最大的应用是普通照明。很多国家都在加紧立法，鼓励使用节能型光源。欧盟、澳大利亚和美国分别将从2009、2010和2020年开始禁用白炽灯泡。国际主要照明厂商和第三方咨询机构都预测至2010年L

5、ED将广泛应用于室内照明。以LED占普通照明市场10%计，届时LED的普通照明市场的潜在规模将达250亿美元。以道路照明为例，大功率LED的发光效率已经达到60lm/w，城市路灯照明节能改造成为可能。目前，国家有关部门在进行了10万多盏路灯采用LED光源的改造试验，待试验完成后向全国推广。二、LED衬底材料的选用LED的生产过程包括单晶生长和外延生长、芯片制造和封装。一般将单晶生长和外延生长视为这个产业的上游，芯片制造为中游，封装为下游。产业链的上游具有技术和资本密集的特点，下游的进入门槛相对较低。单晶片与外延片是LED的上游产品。以二

6、元的III-V族化合物半导体材料如砷化镓（GaAs）或磷化镓（GaP）等制造单晶棒，经切割研磨后制成单晶片，作为LED的基板。LED基板的主要功能是承载。 目前市面上一般有三种材料可作为衬底：　　·蓝宝石（Al2O3）　　·硅(Si)·碳化硅（SiC）蓝宝石（由日亚主张）和碳化硅（由Cree主张）基板是蓝光LED常用的两种基板。两者各有利弊，—蓝宝石基板的成本较高，而且硬度较高不易切割，但在稳定性以及与晶格配合上优于碳化硅基板。碳化硅衬底碳化硅衬底（美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片电极是L型电极，电流是纵向流动

7、的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。SiC单晶材料生长炉采用了大量控制设备。控制设备大体上可以分为真空设备、加温设备和运动设备。 真空设备包括变频器、真空计、真空泵、智能控制仪表、真空控制器和密封设备等。真空计采集炉腔内的真空度，真空控制器根据真空度变化调节变频器频率，进而改变真空泵的运行频率，以保证炉腔内真空度的稳定。 加温设备包括中频加热炉、中频电源、电流/电压传感器、可控硅和PID智能调节温控仪表等。温控仪表采集电流传感器的模拟量信号，根据电流值和设定值进行PID调节，输出给可控硅来

8、调节中频电源的电压，进而保证炉内温度的稳定。但是相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。 但由于蓝宝石电绝缘、透明、易导热、硬度高技术特点及优势，得到更广泛应用，作为集成