日韩蓝宝石长晶技术浅析(下)

        作者:Mark来源:来自网络 浏览次数: 日期:2011年7月15日 09:46

        摘要:

            

            日本人是蓝光白光LED鼻祖,很多优秀的公司技术革新层出不穷,在这个层面上大家不得不佩服日本人的专注和敬业。

            日本人也是蓝宝石衬底路线的发起者;蓝宝石在LED工业上的大规模应用可以讲是日本公司带动的。

            日本在蓝宝石晶体生长上采用的EFG路线和Cz路线,这两种方法其实都不是最适合长蓝宝石晶体的方法。即使日本人都把这两种方法做到了极致,可惜终究这两种方法的先天不足必将不能成为主流。

            必要的说明是作为一个中国人,我一点不喜欢日本人、甚至是民族仇恨;但是我们要学习日本人的优点。如果中国人的民族意识、敬业精神和对民族的狂热热爱能达到日本的水平,那么五星红旗就可以在全世界飘扬;尤其是被称为党员和公务员的中国人。

            EFG导模法生长蓝宝石日本公司可以说做到炉火纯青的地步,在2~4英寸领域日本公司大量的在使用;晶片价格便宜。

            不过该方法的缺点也是十分的明显。

           首先,存在钼坩锅和限制晶体外形的制具双重污染问题,晶体中钼含量偏高。

           其次,由于限制晶体外形的制具存在的问题,容易多核成晶,晶体的单晶性不是最好。同时籽晶和限制晶体外形的制具存在角度校正的问题,所以晶体的方向性不是很好。

           再次,早期的加热采用石墨发热体,同样存在碳污染和碳与钼反应的问题,材料纯度不高;虽然后期有采用感应加热的方案,可是会加剧钼污染。

           再次,由于要快速生长,温度梯度过大,加剧了位错的增殖;同时材料中污染源过多纯度不高,快速生长导致分凝效应不明显导致晶体纯度不高,存在更多的位错起源;这是EFG衬底片位错密度偏高的原因。

           综合以上,EFG4英寸后就走到头了,由于梯度问题,材料纯度问题,晶体方向问题和位错密度的问题,EFG6英寸衬底片上就无能为力了;不仅仅是6英寸,其实在4英寸上目前日本开始寻找新的方法、新的突破;因为EFG的衬底片质量实在不敢说很好,只是能用。

            Cz日本人为寻求更高质量的4英寸蓝宝石衬底片和在更大尺寸蓝宝石衬底片上的突破,把目光投向的Cz法。Cz法在晶体生长上是综合性能最高的一种方法,但不是万能的。

            日本人为什么选用Cz,而不是采用GTHEM,俄罗斯的Ky呢?

            在寻求答案的开始,先讲一个听到的小故事来引出这个问题。

            因为有一个“精蝇”曾经很牛逼哄哄的发表对该问题自称的最标准答案。

            该“精蝇”前一个职业是美国应用材料薄膜太阳能电池设备(又一家牛逼的美国公司)事业部的高级管理人员&技术人员。该“精蝇”当年向LDK不遗余力推销美国应用材料薄膜太阳能电池设备,当年我们的LDK彭总也是求贤若渴满怀希望这位“精蝇”在卖完设备后可以来LDK任薄膜太阳能的总经理;结果这位仁兄在卖完设备拿到佣金后,摇身一变到了国内另外一家以单晶和多晶著称的太阳能公司任职,据说目前该公司的LED项目也是他在负责(对比GT的设备推广,历史是何许相似啊,又一个美国神话)。

            这位仁兄认为日本不发展Ky相类似的方法,是因为日本的法律规定不允许日本工人上夜班;所以只能发展EFGCz 汗一个..................

            笔者抛砖引玉,浅显分析一下日本人会去发展Cz法的道路。

            第一、日本是一个自信,骄傲的民族(和棒子还是有区别的,日本人不屑于通过篡改历史扭曲事实把全世界都喊成他家的)。

            日本人在Cz方法上的确有很高的造诣;在硅单晶上和其他材料上有很成功的例子;有很多的公司和研究单位拥有很高的Cz技术和设备开发能力。自信的日本人相信他们一定能用Cz开发出优质的蓝宝石晶体。

            第二、全世界钨钼资源比较丰富的国家是中国和前苏联国家,在这两种金属加工使用上也是这两个国家比较有经验。

            日本完全没有这两种金属的矿藏资源,也谈不上使用经验。相反,日本公司在石墨材料加工上,在晶体生长使用石墨经验方面是领先水平的。

          综合以上两点,日本就会采用,以石墨材料为主的Cz方案。

        目前、Cz道路主要有两种方案:铱坩锅感应加热方案和钨钼坩锅的石墨电阻加热方案。针对这两种广泛使用的技术方案,我们来做一些常识性的分析。

            铱坩锅感应加热方案在生长各种晶体材料中广泛使用,有着最多的应用和成功的例子,优点也很多,但不一定适用所有的材料。日本的多家公司采用该技术路线,还有以前的美国公司霍尼韦尔;目前霍尼韦尔把蓝宝石衬底事业部卖给了中国的四联。其实霍尼韦尔能把Cz生长蓝宝石晶体的技术和事业部卖给中国公司本身就很能说明问题。

             其实铱坩锅感应加热方案生长晶体,温度梯度是很高的,这意味着散热其实是很厉害的,坩锅需要更高的温度。

             由于铱的熔点问题,在高温使用的时候铱损是个大问题;而且损失的铱金有一大半是进入熔体,再从熔体进入晶体。目前使用铱坩锅的厂家应该不少,因为中国国内铱金的价格是从10多万/公斤暴涨到30多万/公斤。

             提拉法生长晶体,晶体直径和坩锅口有一个比值;为获得更大尺寸的晶体或更快的速度就需要更大的问题梯度;但是更大的温度梯度会带来能耗、晶体应力和位错密度过大的问题。

           从历次展会上霍尼韦尔展出的晶体我们就能证实以上分析的正确性。该公司的晶体也是A向生长的,不敢长很大,只是拉的比较长横着取C向晶棒;及时是该公司展出的晶体应该是比较好的材料了,我们隔着玻璃柜肉眼都可以看见密密麻麻的铱包络物和闪射点。有幸有一次我们用激光笔测试,有明显的光路(日本晶体)。

            日本公司也有采用铱坩锅感应加热方案长蓝宝石的,国内就有很多有钱的公司引进;结果是大同小异。有不同的地方是企图通过C向生长,直接得到大尺寸的晶棒;不过从晶体位错的理论和实验结果来看,C向生长是存在其他更大的问题,小编准备再写一篇理论分析。

            钨钼坩锅的石墨电阻加热方案在梯度上略有改善,但是材料污染问题(铱坩锅方案是铱污染)污染源有三个,钼、碳、碳化钼(或碳化钨)。同时,位错密度还是会偏高,这与原料不纯有一定的联系。

           由于钼坩锅的特性,以及钼在蓝宝石熔液中的分凝系数问题,该方法长出的晶体会发蓝,蓝宝石材料中钼含量偏高。(云南玉溪的也存在这个问题,不过加热方式的不同,玉溪的蓝宝石不会有碳和碳化钼的问题)

           使用石墨发热体和石墨保温材料,必然会使得材料中的碳含量偏高,晶体发黑发红。碳会影响电光效率,同时会加快衰减。

          查一下化学手册,就可以知道,900°多度钨钼开始吸收碳、1300-1400°C生成脆性的Mo3C1400°C~1600°C生成脆性碳化钨;小散点的起因之一。同时CWuMo的反应问题也决定了钨钼坩锅在石墨发热体的情况下只能一次性使用。

        钼、碳、碳化钼或碳化钨在衬底材料中的存在,必然会影响最终二极管的发光效率。

            总而言之,Cz在蓝宝石生长上不是很适合,即使做到极致的水平,产品质量无非中下。

         

            以上为本人浅薄之见,陆陆续续会分析其他的方法,恳请大家提供公开的资料以供本人分析使用。

         

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        该资讯的关键词为:EFG  CZ  日本长晶技术  提拉法