藍(lán)寶石晶體不同于大家印象里的天然藍(lán)寶石奢侈品，它的實(shí)際用途是被廣泛應(yīng)用在微電子和光電子等半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料。大家都知道硬度是所有寶石的顯著特性，而藍(lán)寶石可以稱謂是最硬的氧化物晶體。

藍(lán)寶石的物理特性不只僅局限于硬度，而且在高溫下還能保持其高強(qiáng)度、優(yōu)良的熱屬性和透過率等特性，并且能夠滿足良好的電氣性能、介電性能、防化學(xué)腐蝕等要求。耐磨、耐風(fēng)蝕加上優(yōu)良的光學(xué)性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能、化學(xué)性能及電學(xué)性能等等，就決定了藍(lán)寶石軍事及民用領(lǐng)域中的重要地位和作用。

中國智能手機(jī)行業(yè)的高速發(fā)展，全世界有目共睹。藍(lán)寶石的莫氏硬度可達(dá)到9級(jí)，而且在0.15μm~7.5μm波段的透過率可達(dá)到85%以上，所以在透紅外光、介電性能和抗劃傷等方面的突出優(yōu)勢，讓藍(lán)寶石不僅可以使觸摸屏的敏感度和反應(yīng)速度更高，而且硬度大到可以抵擋刀劃等各種磨損，所以藍(lán)寶石在民用領(lǐng)域就被廣泛用在智能手機(jī)攝像頭的保護(hù)蓋板、指紋識(shí)別、HOME鍵蓋板、智能手表屏幕蓋板以及未來車載屏幕蓋板等地方。

在軍用領(lǐng)域，藍(lán)寶石晶體還被用來制成軍用紅外裝置、導(dǎo)彈、潛艇、衛(wèi)星空間技術(shù)、探測和高功率強(qiáng)激光等尖端科技，此外它還為微電子、光電子，半導(dǎo)體、光通信、信息顯示、精密機(jī)械、國防軍事及國內(nèi)外重大科學(xué)工程等眾多熱點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展，尤其是藍(lán)（白）光LED照明產(chǎn)業(yè)提供了窗口材料。

之所以平鋪直敘了藍(lán)寶石晶體的這么多優(yōu)點(diǎn)和用途，那是因?yàn)樗{(lán)寶石晶體對(duì)于我國的微電子和光電子產(chǎn)業(yè)真的很重要。近些年來，藍(lán)寶石單晶的品質(zhì)、長晶工藝技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模以及晶體的尺寸等較10多年前有了極大的提升。原有的檢測標(biāo)準(zhǔn)GB/T31092-2014《藍(lán)寶石單晶晶錠》所規(guī)定的技術(shù)要求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了藍(lán)寶石實(shí)際的市場需求，比如最明顯的一點(diǎn)就是目前市場上藍(lán)寶石晶體不再不以整錠進(jìn)行交貨，而是大多采用單晶晶棒或塊材等形式的形式進(jìn)行交付。

此外，藍(lán)寶石晶體的重量從幾十公斤增加到400公斤以上，成品可加工φ500mm以上的藍(lán)寶石晶片，其生長及加工工藝日趨成熟。而且100mm（4英寸）、150mm（6英寸）藍(lán)寶石襯底片均已經(jīng)規(guī)模化加工和應(yīng)用。藍(lán)寶石晶體的品質(zhì)逐漸提升，就讓國內(nèi)外客戶對(duì)晶體的純度、位錯(cuò)密度、透過率等檢測指標(biāo)提出了更高的要求。

我們以GB/T31092-2014中規(guī)定的“結(jié)晶質(zhì)量”指標(biāo)為例。很多藍(lán)寶石晶體產(chǎn)品會(huì)因?yàn)楣に嚳刂撇粐?yán)格、溫度波動(dòng)等因素，在藍(lán)寶石晶體中出現(xiàn)大量的缺陷。對(duì)此，國家也專門制定了GB/T35316-2017《藍(lán)寶石晶體缺陷圖譜》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指導(dǎo)。當(dāng)然，實(shí)際晶體在結(jié)晶時(shí)，若受到雜質(zhì)、溫度變化或震動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力作用，或者由于晶體受到打擊、切削、研磨等機(jī)械應(yīng)力作用，使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列變形，原子行列相互滑移而不再符合理想晶體的有序排列，形成線狀缺陷，即位錯(cuò)。大量的位錯(cuò)會(huì)影響藍(lán)寶石晶體的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)性能，在LED襯底應(yīng)用方面，位錯(cuò)的存在會(huì)降低襯底外延層的質(zhì)量，由此降低LED照明的發(fā)光效率。 

根據(jù)GB/T31092-2014中規(guī)定的“結(jié)晶質(zhì)量”指標(biāo)中對(duì)位錯(cuò)密度要求應(yīng)小于104個(gè)/cm2，雙晶搖擺曲線的半峰寬值(FWHM)應(yīng)小于30arcsec。但是鑒于目前市場發(fā)展需求及藍(lán)寶石晶體的制造水平，實(shí)際上晶棒的位錯(cuò)密度檢測要求應(yīng)小于 1000 個(gè)/cm2較為合理。此外，X 射線雙晶搖擺曲線的半峰寬（FWHM）值也是表征晶體材料結(jié)構(gòu)完美性的重要參數(shù)。也是參考現(xiàn)在的技術(shù)條件及要求，晶棒的雙晶搖擺曲線的半峰寬值(FWHM)檢測要求應(yīng)小于 20arcsec。 檢測方法可以參考GB/T 33763-2017《藍(lán)寶石單晶位錯(cuò)密度測量方法》 、 GB/T 34612-2017《藍(lán)寶石晶體X射線雙晶衍射搖擺曲線測量方法》中的規(guī)定。 

 對(duì)于藍(lán)寶石晶體檢測來說， GB/T31092-2014遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有的技術(shù)要求。比如很多藍(lán)寶石窗口及光學(xué)透鏡的應(yīng)用，讓藍(lán)寶石也被應(yīng)用在紫外、可見和中紅外波段的軍用光學(xué)傳感器上，這就對(duì)事關(guān)光學(xué)性能的“透過率”指標(biāo)提出更高要求，而透過率檢測結(jié)果受到材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部表面光散射的共同影響，所以增加紫外波段的透過率要求就成為其質(zhì)量要求的重要一點(diǎn)。拜恩工程師在此也推薦藍(lán)寶石晶體在200nm～800nm波長范圍，透過率可要求應(yīng)不低于80%，并且不應(yīng)該有吸收峰。

有關(guān)藍(lán)寶石晶體的檢測指標(biāo)還有很多，比如總雜質(zhì)含量、表面取向及參考面取向、尺寸及允許偏差、缺陷、外觀等。此外，藍(lán)寶石晶體材料的熱學(xué)性能和機(jī)械性能也可以關(guān)注一下，比如硬度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、斷裂韌性、斷裂強(qiáng)度、楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、比熱、熱熔、泊松比、抗熱沖擊品質(zhì)因子、電阻率等等。

據(jù)小編所知，最新的《 藍(lán)寶石單晶晶棒》標(biāo)準(zhǔn)，國家已經(jīng)著手進(jìn)行修訂了，相信在不久的將來就會(huì)發(fā)布實(shí)施。當(dāng)然，藍(lán)寶石晶體產(chǎn)品還有GB/T30858-2014《 藍(lán)寶石單晶襯底拋光片》，該標(biāo)準(zhǔn)也是與GB/T31092-2014同期發(fā)行的標(biāo)準(zhǔn)，其中的技術(shù)要求也有些部分過時(shí)了。