蓝宝石是具有六方（菱面体）晶体结构的单晶Al2O3，蓝宝石具有独特的物理、化学和光学特性组合。它是一种极具商业价值的高价值材料，同时它是迄今为止最坚固、最坚韧、抗热冲击和耐化学腐蚀的材料，蓝宝石是各种电子基板的理想材料。以下是蓝宝石陶瓷基板的一些重要的基本特性、应用和特性。

一、平面方向

蓝宝石衬底有C、R、A和M平面方向可供选择，目前，C面蓝宝石晶片是应用最广泛的蓝宝石衬底。它用于生长 ll-V 和 ll-Vl 化合物，例如氮化镓或GaN，以及用于激光二极管。明亮的蓝色和绿色LED，它还用于红外探测器、碲化镉汞和通用光学。当需要在紫外或红外范围内进行光传输时，蓝宝石衬底是玻璃衬底的合适替代品。R平面蓝宝石衬底优选用于硅的异质外延沉积，它用于制造半导体、微波和微电子集成电路应用。R面是蓝宝石的非极性面，因此，蓝宝石器件中R平面位置的变化使其具有不同的机械、热、电气和光学特性。R平面SoS (Silicon-on-Sapphire) 芯片广泛用于集成电路和光伏领域。A-Plane 蓝宝石衬底可用于混合微电子和光电应用，研究人员使用化学气相沉积（CVD）在a面蓝宝石上生长AlGaN外延层。因此，蓝宝石陶瓷基板根据其平面取向和配置在不同行业中得到广泛使用。

二、属性和应用

蓝宝石具有出色的电绝缘性、透明度、良好的导热性和高刚性特性，因此它是一种理想的基板材料。用于LED和微电子电路、超高速集成电路，它用于生长III-V 或 II-VI 化合物半导体。R面或M面用于生长非极性/半极性面外延层，有助于提高发光效率。混合微电子、微电子IC应用使用蓝宝石衬底，稳定的介电常数和低介电损耗使其可用于混合微电子产品。

三、制造工艺

平面取向是制造蓝宝石晶片的主要要求。检查衬底和外延膜之间的结构匹配程度，你需要在切片机上精确定位蓝宝石水晶棒的位置，棒将其切成薄片。一旦它穿过它，你就可以去除芯片切割损坏层并提高基板的平整度。将其边缘修整成圆弧，以提高其边缘的机构强度。完成修整后，抛光表面以去除任何粗糙度并实现外延层的精度。使用适当的清洁措施去除其表面的灰尘颗粒、金属或任何有机污染物。

四、蓝宝石陶瓷基板应用领域

在蓝宝石陶瓷基板应用领域里，蓝宝石生长的进步降低了蓝宝石的价格，同时促进了更大静锭的生长。这两项进步使蓝宝石能够用于越来越多的产品领域上可以实现有益性能的应用。

1、微电子领域的基板

Si和GaAs分别用于第一代和第二代传统半导体应用，他们推动了微电子和光电子技术的发展，这种信息技术给人们的生活带来了巨大的变化。但由于材料本身性能的限制，第一代和第二代半导体材料只能在200℃以下的环境下工作。它们的耐辐射和耐高压击穿性能不能满足现代电子技术对高温、大功率、高频、高压、耐辐射和蓝光发射的要求。

新的电子设备需要第三代半导体，即宽带隙 GaN 和 Sic。GaN有很多优点。如禁带宽、电子饱和速度快、导热性好、破坏强度高、介电常数低、热稳定性强。因此，第三代半导体材料的特性最终将在航空航天、探测、核能开发、卫星通信、汽车发动机、显示、新型照明技术、激光打印、存储器等领域带来广阔的应用前景。

1970年代初，人们开始探索GaN生长工艺，但由于材料技术限制，未能生长出高质量的GaN晶体。新方法——分子束延伸（MBE）和化学气相沉积（CVD）相继出现，极大地推动了对GaN的研究。虽然GaN与蓝宝石晶体存在较大的晶格失配，但以蓝宝石为衬底，具有与GaN晶体结构相同、高温稳定性、散热性和化学性能好等优点。蓝宝石还可以以相对较低的成本实现更大的晶片 目前，随着生长技术的改进，高质量的 GaN 晶体可以在蓝宝石晶片上外延。(0001)蓝宝石表面已成为最理想的实际应用基板。

2、SOS微电子电路

SOS（Silicon on Sapphire）微电子电路，即在蓝宝石晶片晶面上生长单晶硅薄膜的方法，称为异质延伸法，然后在单晶硅薄膜上制作半导体器件。由于SOS微电子电路具有高速、低功耗、抗辐射等优点，在手机、台式机或笔记本电脑、高速高频无线电通信、小型卫星、航空航天等应用领域具有重要意义。蓝宝石具有与单晶硅相似的热膨胀系数。首先在表面采用异质延伸法生长单晶硅层(100表面)，然后在单晶硅上制作半导体器件。

3、激光矩阵、光学元件等用途

蓝宝石陶瓷基板是一种优良的激光基体材料，混合钛蓝宝石是当今世界上最好的波段可调谐激光晶体。它是宽带可调和高增益。可调谐波段范围为 660 ~ 1200 nm。1982年，莫尔顿首先报道了用蓝宝石实现激光振荡的成就。蓝宝石处于很宽的透射光波段，从近紫外波段0.9nm到红外波段5.5um，在0.25~4.5um仍有80%的穿透率。由于可以获得较大的尺寸，蓝宝石晶体已被用作基质材料的光谱成分，并用于美国LIGO（激光干涉引力天文台）的大型干涉装置，可以探测到引力波。在民用领域，蓝宝石水晶具有广泛的应用，例如用于医疗器械。