ZT 中国反导反卫星"氧一碘强激光工程"项目

中科院上海光学精密机械研究所


蓝宝石晶体是综合性能最好、使用最广泛的氧化物衬底材料，主要用作氮化物半导体衬底、大规模集成电路衬底等，其国内外市场是长期的、永久的。蓝宝石晶体还是红外军用装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、探测和高功率强激光等的窗口材料，优质光学材料，耐磨轴承材料等。

　　70年代末，上海光机所创立了导向温梯法（TGT），88年获得专利权。在“八五”和“九五”863计划的支持下，用温梯法成功生长了尺寸达 Φll5x80mm3的大尺寸优质蓝宝石晶体，晶体外形完整，等径部位不开裂。分析比较了不同纯度的Al2O3原料对晶体质量的影响。建立了特殊的高温退火装置，耐火温度＞1600℃。通过以上工艺，已经成功地解决了蓝宝石晶体的着色现象，并极大地减小了晶体的光吸收。较好地解决了大尺寸蓝宝石晶体的加工问题，面形精度获得明显提高。本项目生产出的蓝宝石晶体具有国际领先水平，标准化蓝宝石衬底φ50X0.4mm已达到产业化水平，更大尺寸（第二代和第三代）的蓝宝石衬底和特殊要求的钛宝石晶体正在发展之中。

　　目前四英寸蓝宝石晶体的研制取得以下研究成果：
　　1、稳定生长尺寸≥Φ120x80mm的优质Al2O3晶体，成品率≥80％。
　　2、大面积光学均匀性Δn＜10-5；光损耗＜10-4/cm；
　　3．位错密度：≤5xlo2/m2；双晶衍射摇摆曲线： FWHM≤20"
　　4．美国 LIGO工程对于我研究小组生长的大尺寸蓝宝石晶体Φll0×80mm进行了1064nm处的弱吸收测试，结果：吸收系数为35－65pp/cm，优于美国 CRYSTAL SYSTEM Inc.（CSI）公司提供的样品（80ppm/cm)。）通过改进生长工艺，建立更合适的温度梯度，有效地提高了蓝宝石晶体的光学均匀性，PV值达 17nm，优于美国CSI公司的30nm。
　　5、已向美国国家自然科学基金委重大项目LIGO计划提供大尺寸蓝宝石晶体样品，并己提出了第二期研究计划。
　　6．向国内从事GaN的研究单位提供各类蓝宝石衬底基片100多片。
　　7、将向国家反导、反卫星"氧一碘强激光工程"项目提供5块Φ100mm左右的大尺寸晶体作强激光窗口。中科院上海光学精密机械研究所


蓝宝石晶体是综合性能最好、使用最广泛的氧化物衬底材料，主要用作氮化物半导体衬底、大规模集成电路衬底等，其国内外市场是长期的、永久的。蓝宝石晶体还是红外军用装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、探测和高功率强激光等的窗口材料，优质光学材料，耐磨轴承材料等。

　　70年代末，上海光机所创立了导向温梯法（TGT），88年获得专利权。在“八五”和“九五”863计划的支持下，用温梯法成功生长了尺寸达 Φll5x80mm3的大尺寸优质蓝宝石晶体，晶体外形完整，等径部位不开裂。分析比较了不同纯度的Al2O3原料对晶体质量的影响。建立了特殊的高温退火装置，耐火温度＞1600℃。通过以上工艺，已经成功地解决了蓝宝石晶体的着色现象，并极大地减小了晶体的光吸收。较好地解决了大尺寸蓝宝石晶体的加工问题，面形精度获得明显提高。本项目生产出的蓝宝石晶体具有国际领先水平，标准化蓝宝石衬底φ50X0.4mm已达到产业化水平，更大尺寸（第二代和第三代）的蓝宝石衬底和特殊要求的钛宝石晶体正在发展之中。

　　目前四英寸蓝宝石晶体的研制取得以下研究成果：
　　1、稳定生长尺寸≥Φ120x80mm的优质Al2O3晶体，成品率≥80％。
　　2、大面积光学均匀性Δn＜10-5；光损耗＜10-4/cm；
　　3．位错密度：≤5xlo2/m2；双晶衍射摇摆曲线： FWHM≤20"
　　4．美国 LIGO工程对于我研究小组生长的大尺寸蓝宝石晶体Φll0×80mm进行了1064nm处的弱吸收测试，结果：吸收系数为35－65pp/cm，优于美国 CRYSTAL SYSTEM Inc.（CSI）公司提供的样品（80ppm/cm)。）通过改进生长工艺，建立更合适的温度梯度，有效地提高了蓝宝石晶体的光学均匀性，PV值达 17nm，优于美国CSI公司的30nm。
　　5、已向美国国家自然科学基金委重大项目LIGO计划提供大尺寸蓝宝石晶体样品，并己提出了第二期研究计划。
　　6．向国内从事GaN的研究单位提供各类蓝宝石衬底基片100多片。
　　7、将向国家反导、反卫星"氧一碘强激光工程"项目提供5块Φ100mm左右的大尺寸晶体作强激光窗口。