人造藍寶石新技術(shù)將打開LED行業(yè)新局面

近日，全球重量級別最高、單體最大的人造藍寶石晶體在內(nèi)蒙古晶環(huán)電子材料有限公司的生產(chǎn)車間誕生，450公斤的重量級別，將此前俄羅斯保持的350公斤級世界紀(jì)錄一下提高了100公斤。

晶環(huán)電子研發(fā)團隊的這一成果，再次向世人證明了“企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新的重要主體”，這項新的核心技術(shù)的誕生，也使我國人造寶石生產(chǎn)行業(yè)的現(xiàn)狀和國際競爭力悄然發(fā)生變化。

帶有余溫的450公斤級人造藍寶石

藍寶石制造業(yè)成長于逆境

說起寶石，人們首先想到的必然是珠寶、首飾，其實作為高科技生產(chǎn)領(lǐng)域的重要原材料，人造藍寶石早已融入人們的日常生活。小到智能手機攝像頭、觸摸屏、LED燈，大到國之重器、高強度激光、天文觀測系統(tǒng)光學(xué)元器件，人造藍寶石的身影無處不在。

新世紀(jì)以來，在美國、歐洲、日本等發(fā)達國家和地區(qū)的藍寶石原件需求量和產(chǎn)值已經(jīng)達到天文數(shù)字時，我國的藍寶石生產(chǎn)制造業(yè)才剛剛起步。

2000年，我國開始對藍寶石生長技術(shù)進行全方位開發(fā)，基于溫度梯度法制造出的產(chǎn)品雖然在質(zhì)量方面完全能夠達到軍工和光電子產(chǎn)業(yè)的要求，但在批量化方面卻長期無法走出實驗室。直到10年之后，好消息才頻頻傳來。

2011年4月，青島嘉晶電科技股份有限公司LED藍寶石襯底晶片項目正式投產(chǎn)，3年內(nèi)產(chǎn)能擴大到了180萬片，標(biāo)志著我國LED藍寶石晶片打破國外技術(shù)封鎖，形成規(guī)?；a(chǎn)。

同年6月，江蘇鎮(zhèn)江誕生了一顆百公斤級人造藍寶石晶體，使我國快速增長的LED行業(yè)的優(yōu)質(zhì)材料供應(yīng)變?yōu)楝F(xiàn)實，打破了我國藍寶石晶體成長、基板制造市場長期依賴進口的被動局面。

2016年4月，首顆贛造人工120公斤藍寶石晶體在南昌“光谷”問世，標(biāo)志著江西智能手機產(chǎn)業(yè)本土造的藍寶石觸摸屏正式誕生。

當(dāng)時，研發(fā)項目總工程師張振志自豪地說：“蘋果手機鏡頭蓋、home鍵都是由我們供貨。除了瞄準(zhǔn)光學(xué)運用領(lǐng)域，我們還將關(guān)注智能手機面板等電子運用領(lǐng)域?！?/span>

這一系列消息足以令國人振奮。然而，從根本上來看，藍寶石的“中國制造”并未完全走出逆境：產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝，仍然很大程度依賴進口，導(dǎo)致在生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價格上缺少話語權(quán);更為重要的是，我國的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品尺寸還不能滿足國防科技、國之重器的全面需求。

2017年初，俄羅斯驕傲地向世界宣布：世界最大、350公斤級的人造藍寶石在該國誕生。

“說到底，我們?nèi)鄙贅I(yè)內(nèi)的國際話語權(quán)，就是因為缺少核心的生產(chǎn)技術(shù)，一套完全屬于我們自己的生產(chǎn)技術(shù)!”晶環(huán)電子總經(jīng)理張俊這樣說。

晶石巨無霸爭奪國際話語權(quán)

在內(nèi)蒙古晶環(huán)電子公司的生產(chǎn)車間內(nèi)，一顆重達450公斤的人造藍寶石屹立在展柜前，通體透明，毫無氣泡。用手觸摸，還能感受到剛剛出爐的余溫。

晶環(huán)電子副總經(jīng)理、總工程師歐陽鵬根告訴科技日報記者：“這是目前世界上重量級別最高、單體最大的人造藍寶石，基于泡生法生產(chǎn)技術(shù)?！?/span>

泡生法是目前世界上生產(chǎn)人造藍寶石的主流方法，也是世界各國致力技術(shù)攻關(guān)和加大技術(shù)研發(fā)投入的最主要生產(chǎn)工藝。其原理是先將氧化鋁原料加熱至熔點后形成熔湯，再以籽晶棒接觸到熔湯表面，在籽晶棒與熔湯的固液界面上開始生長和晶種相同晶體結(jié)構(gòu)的單晶，晶種以極緩慢的速度往上拉升最后凝固成一整個單晶晶碇。

“這是一個過程比較漫長的生產(chǎn)工藝，對爐溫的控制、生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)應(yīng)用都有著極高的考驗和極為苛刻的要求，所以，生產(chǎn)450公斤級的產(chǎn)品和生產(chǎn)200公斤級、350公斤級產(chǎn)品，其技術(shù)要求不在一個層面，有著質(zhì)的區(qū)別?！睔W陽鵬根介紹說。

在100公斤級、250公斤級人造藍寶石實現(xiàn)批量生產(chǎn)之后，歐陽鵬根帶領(lǐng)的晶環(huán)電子研發(fā)團隊并沒有停止創(chuàng)新的腳步。2017年，晶環(huán)電子300公斤級藍寶石達到生產(chǎn)條件不久，俄羅斯Mono Crystal公司350公斤級的世界紀(jì)錄刺激了歐陽鵬根的研發(fā)團隊：“一是要和他們競爭，咬住不放;二是我們國內(nèi)行業(yè)和企業(yè)本身確實對新的核心技術(shù)有著極大的渴求，這是我們研發(fā)的最大動力!”

于是，“泡生法全自動藍寶石晶體生長技術(shù)和超大尺寸藍寶石晶體生長工藝技術(shù)”在晶環(huán)電子的實驗室逐步成型。該公司總經(jīng)理張俊向記者介紹：“我們的核心技術(shù)是自主研發(fā)的自動化生產(chǎn)設(shè)備、熱產(chǎn)設(shè)計理論和微觀工藝應(yīng)用，也就是說，從原材料選取、加工、生產(chǎn)，全部是中國制造。這顆人造藍寶石巨無霸的誕生，將逐步改變世界人造晶石行業(yè)的生產(chǎn)秩序，我們要據(jù)此拿到國際話語權(quán)!”

新技術(shù)將打開行業(yè)新局面

近年來，LED產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅猛，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于照明以及藍光激光器領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于液晶顯示方面，市場擴張迅速，幾乎100%的筆記本電腦、50%以上的液晶電視都在應(yīng)用LED產(chǎn)品。

而人造藍寶石晶體成長、基板制造環(huán)節(jié)位于LED產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，是業(yè)內(nèi)投資最大、技術(shù)壁壘最高的一個環(huán)節(jié)。“同時也是附加值最高的一節(jié)，前提是要擁有屬于自己的核心技術(shù)!”張俊說。

張俊介紹說，由于我國長期和大規(guī)模依賴進口的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)，主導(dǎo)和影響國際商品價格的主動權(quán)一直不被我國掌握，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)也因此備受壓制，在產(chǎn)業(yè)興旺發(fā)達的同時，大量利潤給了海外。

作為企業(yè)研發(fā)團隊的帶頭人，歐陽鵬根深有感觸地告訴科技日報記者：“科技型企業(yè)要實現(xiàn)降本逐利，沒有其他出路，只能靠技術(shù)。

巨無霸人造藍寶石的試產(chǎn)之所以成功，不僅表現(xiàn)在尺寸，也表現(xiàn)在品質(zhì)。我們的新產(chǎn)品可以應(yīng)用于LED的4英寸晶棒有效長度達到4550毫米以上，這個標(biāo)準(zhǔn)源自如此大尺寸的晶石，已經(jīng)是最好的證明?！?/span>

記者了解到，由于技術(shù)門檻越來越高，國內(nèi)的藍寶石生產(chǎn)企業(yè)也正在面臨優(yōu)勝劣汰的洗牌過程，以前的上百家企業(yè)，現(xiàn)在大半已經(jīng)停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，這是市場的必然要求，更是高精尖技術(shù)催生的結(jié)果。

目前，晶環(huán)電子正在致力于實現(xiàn)超大尺寸晶石的批量生產(chǎn)攻關(guān)工作。歐陽鵬根說：“對于企業(yè)來講，我們的新技術(shù)可以實現(xiàn)投料量增加2.5倍、其他成本保持不變、產(chǎn)量提高5倍的全新生產(chǎn)局面;

而對于國家來講，超大尺寸晶石的自主研發(fā)和生產(chǎn)，不論在民用領(lǐng)域還是軍用領(lǐng)域，都會給予其最大、最為安全的保障?！?/span>