国家标准-蓝宝石单晶晶棒-编制说明（送审稿）.docx

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1、国家标准蓝宝石单晶晶棒编制说明（送审稿）一、工作简况1、立项目的与意义蓝宝石晶体，化学成分是氧化铝（AI2O3），属于三方晶系，化学性质稳定，熔点2050C,工作温度可达1900 o蓝宝石在0.15 u m7.5 u m波段的透过率可达到85%以上，具有优异的光学性能。此外，蓝宝石莫氏硬度9级，具有耐磨和耐风蚀的特点。这些优良的光学、力学、热学、化学及电学性能决定了蓝宝石在军事及民用领域中的重要地位和作用。随着电子信息技术的发展，尤其是半导体照明产业的飞速发展，对蓝宝石基片的市场需求也越来越强烈。由于在透红外光、介电性能和抗划伤等方面的突出优势，蓝宝石不仅可以使触摸屏的敏感度和反应速度更高，且

2、硬度大可以抵挡刀划等各种磨损，因此被广泛应用于消费电子领域，主要包括智能手机摄像头的保护盖板、指纹识别HOME键盖板、智能手表屏幕盖板以及未来可能推广的智能手机屏幕盖板等。近年来，蓝宝石单晶的品质、长晶工艺技术、生产规模以及晶体的尺寸等较10多年前有了极大的提升，主要体现在以下几个方面:1、蓝宝石晶体的重量从几十公斤增加到400公斤以上，成品可加工6500mm以上的蓝宝石晶片，其生长技术及加工技术日趋成熟。2、100 mm（4英寸）、150 mm（6英寸）蓝宝石衬底片均已经规模化加工和应用，200mm（8英寸）蓝宝石衬底片也逐步进入市场。3、蓝宝石晶体的品质逐渐提升，国内外客户对晶体的纯度、位

3、错密度、透过率等技术指标的要求更高。因此，原有的标准GB/T 310922014所规定的技术要求已远远满足不了蓝宝石实际的市场需求，鉴于蓝宝石单晶近几年的迅速发展，需要对GB/T 31092-2014蓝宝石单晶晶锭标准进行修订，以引导蓝宝石行业发展，满足市场需求和促进技术进步。2、任务来源根据国家标准化管理委员会关于下达2020年第四批推荐性国家标准计划的通知（国标委发202053号）的要求，由天通银厦新材料有限公司等单位负责修订蓝宝石单晶晶棒，计划编号20204894-T-469,项目周期18个月，要求完成时间2022年6月。3、主要工作过程3.1 起草阶段项目立项之后，成立了以天通银厦新材

4、料有限公司牵头的编制组单位，经调研国内生产企业的生产现状及技术发展趋势，考虑用户的当前使用要求及以后技术发展的潜在使用要求，于2020年11月形成了讨论稿。2020年12月14日，由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会组织，在山东省聊城市组织召开了国家标准蓝宝石单晶晶棒第一次工作会议（讨论会），与会专家对标准进行了逐条讨论，并对标准的具体修订内容提出了宝贵的意见。会后编制组根据专家意见对标准稿件进行修改，并于2021年4月形成了征求意见稿。3.2 、征求意见阶段2021年5月，编制组发函征求意见，征求意见的单位包括主要的生产、经销、使用、科研、检验等，征求意见单位广泛且具有代表

5、性。共发函19家单位，形成33项意见，具体见意见汇总表。2021年6月9日，在江苏省如皋市由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会组织召开国家标准蓝宝石单晶晶棒第二次工作会议（预审会）。来自东莞中稼半导体、浙江晶锐电子科技公司、中科院上海光机所、丹东新东方晶体仪器有限公司等16家单位20余名专家参加了本次会议。与会专家对标准进行了逐条讨论，并对标准的具体修订内容提出了宝贵的意见。会上对标准稿件进行仔细的讨论，形成了修改建议，具体见意见汇总表。会后编制组根据专家意见对标准稿件进行修改，并于2021年11月形成了送审稿。4、主要起草单位和工作成员及其所作的工作项目牵头单位天通银厦新材

6、料有限公司主要从事蓝宝石晶体材料的研发、生产、加工、销售的高新技术企业。经过几年的发展，天通公司凭借独特的改良泡生法C向长晶技术，其蓝宝石生产和加工技术位居国际领先水平。目前已经拥有蓝宝石长晶设备500台套、加工设备300台套，具备100、130、160、400公斤级晶体的生长能力以及4、6英寸蓝宝石衬底片的加工能力。二、标准编制的原则及确定主要内容的依据1、编制原则本标准起草单位自接受起草任务后，成立了标准编制工作组，负责收集生产统计、检验数据、市场需求及客户要求等信息。以国家标准GB/T 310922014蓝宝石单晶晶锭为基础，初步确定了蓝宝石单晶晶棒标准起草所遵循的基本原则和编制依据：1

7、）标准的编写格式按国家标准GB/T 1.1-202（）标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的统一规定和要求进行编写。2）考虑用户的当前使用要求及以后技术发展的潜在使用要求。3）考虑国内生产企业的生产现状及技术发展趋势。2、标准主要内容的确定依据及主要试验验证情况分析本标准代替GB/T 31092-2014蓝宝石单晶晶锭。相比于GB/T 31092-2014,本次的主要技术变动内容如下。2.1、 修改了文件名称。将原文件名称“蓝宝石单晶晶锭”修改为“蓝宝石单晶晶棒”，修改原因有：a）首先，目前市场上蓝宝石晶体一般不以整锭进行交货，主要以蓝宝石单晶晶棒或块材等形式。b）其次，文件中

8、规定的技术要求都是将蓝宝石晶锭切割成晶棒，再将晶棒进行研磨、抛光、检测合格后进行包装、交货。2.2、 更改了标准的适用范围。近年来随着产业技术和市场的发展，蓝宝石晶体材料在LED行业得到大幅提升，生产规格由2英寸逐渐向4英寸、6英寸方向升级；同时在摄像及指纹识别、表镜、视窗面板尤其是智能穿戴等消费电子领域的应用需求也逐年增加。因此，本次修订将原文件中“1范围”由“产品可用于氮化线外延薄膜及其他用途的蓝宝石单晶材料”修改为“适用于衬底、光学用途的蓝宝石单晶晶棒”。2.3、 更改了规范性引用文件。随着蓝宝石晶体材料品质的提升以及检测技术的不断完善，目前已有蓝宝石晶体应力、位错密度、半峰宽、晶向、透

9、过率和尺寸的检测标准。因此，本文件将原标准中附录A、附录B、附录C、规范性引用文件GB/T 1555、附录E、附录F分别用GB/T 33236、GB/T 33763、GB/T 34612 GB/T 31093 GB/T 34210 GB/T 7962.12 替代。规范性引用文件增加了 GB/T1958o2.4、由于蓝宝石在摄像及指纹识别、表镜、视窗面板等消费电子领域的应用需求逐年增加,蓝宝石的定义不再只是适用于“可以用来外延生长”。因此，本次修订将原文件中的蓝宝石单晶的定义修改为“人工生长的有确定晶向的a型氧化铝单晶”。2.5、 删除了蓝宝石晶锭术语的定义。修订后的文件中无“蓝宝石单晶晶锭”的

10、术语，因此，删除蓝宝石晶锭的术语和定义2.6、 增加了蓝宝石单晶晶棒术语的定义。根据实际需要，将蓝宝石单晶晶棒的具体定义表述为：依特定轴向生长的单晶体，通过机械加工后能满足用户需求的蓝宝石棒料和不规则几何块料。2.7、 删除了总长度的定义。该定义在本文中只出现一处，在具体表述时直接说明即可。2.8、 修改了化学组成内容。由于3.1中蓝宝石单晶的定义是“a型单晶氧化铝”，因此删除4.1中“晶棒为高纯的a-AbCV的表达，并将条标题修改为“总杂质含量”。并增加了主要杂质元素类型“Li、Na、Mg、Si、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Mo、W”。2.9、 修改了结晶质量的要求。

11、在实际的蓝宝石晶体生长过程中，由于工艺控制不严格、温度波动等因素，会在蓝宝石晶体中出现大量的缺陷。这些缺陷的出现严重破坏了蓝宝石的质量，限制蓝宝石的应用。近年来，随着蓝宝石晶体生长工艺技术的不断提升，一些宏观的晶体缺陷得到有效的控制I。然而，实际晶体在结晶时，若受到杂质、温度变化或震动产生的应力作用，或者由于晶体受到打击、切削、研磨等机械应力作用，使晶体内部质点排列变形，原子行列相互滑移，而不再符合理想晶体的有序排列，形成线状缺陷，即位错。大量的位错会影响蓝宝石晶体的光学、电学、力学性能，在LED衬底应用方面，位错的存在会降低衬底外延层的质量，由此降低LED照明的发光效率。因此，本文件在修订过

12、程中为适应市场发展的需要、不同长晶方式的晶体品质情况以及基于目前国内外各生产厂家蓝宝石晶体的制造水平，对蓝宝石单晶晶棒的位错密度进行修改。具体的修改内容是：将位错密度技术要求提高，并分三个等级V500个/cm1 500-1000个/cm。1000 个/cm?。X射线双晶摇摆曲线的半峰宽(FWHM)值也是表征晶体材料结构完美性的重要参数。因此，为适应市场发展的需要以及基于目前国内外各生产厂家蓝宝石晶体的制造水平，对蓝宝石单晶晶棒的双晶摇摆曲线的半峰宽值进行修改。具体的修改内容是：将双晶摇摆曲线的半峰宽“应小于30arcec”修改为“应小于20arcec”。2.10、 删除图1、图2的内容。2.1

13、 K修改了棒料尺寸及允许偏差的要求。提高了晶棒的直径和允许偏差的技术要求，增加了 8英寸晶棒的尺寸及允许偏差。2.12 .增加了块料尺寸及允许偏差的要求。由于本文件中蓝宝石应用范围的拓展，根据需要，增加了块料的尺寸及允许偏差。2.13 .增加了 Notch槽的尺寸及允许偏差的要求。为提高材料利用率，6、8英寸大尺寸衬底晶棒的参考边采用Notch （V形槽）替代,因此，增加结构图（见图1）和尺寸和允许偏差的要求。2.14 .修改了透过率的要求。随着蓝宝石晶体尺寸和品质的提升，蓝宝石窗口及光学透镜在民用、军用领域的应用需求显著提升。蓝宝石已经被应用在紫外、可见和中红外波段的军用光学传感器上。其次,

14、透过率检测结果受到材料内部结构和外部表面光散射的共同影响。因此，本文件在修订过程中，依据蓝宝石晶体的应用范围以及透过率检测的影响因素，增加了紫外波段的透过率要求。具体修改内容如下：将“晶锭在410nm780nm波段的透过率应达到85%以上”修改为“晶棒在200nm800nm波长范围，透过率应不低于80%,且无强吸收峰”。2.15 修改了尺寸及允许偏差测试要求。根据GB/T 1958产品几何技术规范（GPS）几何公差 检测与验证标准的要求检验。2.16 修改了检验规则。将检验规则修改为“需方可对收到的产品按本文件的规定进行检验，若检验结果与本文件（或订货单）的规定不符时，应在收到产品之日起两个月

15、内向供方提出，由供需双方协商解决。”2.17 更改了标志的内容。根据文件中产品的尺寸特点、包装要求，更改了 “标志”的内容。2.18 增加了随行文件的内容。根据GB/T 20001.10-2014的相关要求及产品标准的特点，增加了随行文件的内容。3、主要试验验证情况对蓝宝石单晶总杂质含量、位错密度、双晶摇摆曲线半峰宽、透过率技术指标进行检测验证，具体见表lo可以看出，蓝宝石单晶的双晶摇摆曲线半峰宽在11.818.8弧秒之间。200800nm波段透过率最低值在80.781.3%之间。总杂质含量为6N+以及位错密度在280560个/cn?之间。表1.蓝宝石单晶技术指标检测数据蓝宝石晶棒编号双晶摇摆曲线半峰宽（弧秒）透过率()(200800nm)总杂质含量位错密度（个/cm?）A-114.380.76N+389A-213.281,26N+280A-311.881,36N+359B-114.681.26N+42