单晶蓝宝石(MonocrystalSapphireFall08全球市场调查报告.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当或者侵权,请联系改正或者删除。 Fall 08 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)北美市场调查报告Spring 11 单晶蓝宝石( Monocrystal Sapphire) 全球市场调查报告报告作者: 边少卿陈逸贞马佳闫亦修赵康然按姓氏首字母顺序排序 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)全球市场调查报告目 录第一章 蓝宝石市场主要经济特性.2第一节 产品概况 .2第二节 合成蓝宝石发展背景及相关产业链.4第三节 合成蓝宝石在北美的经济地位.7第四节 工艺技术的发展状况概述 .8第五节 合成蓝宝石晶体产品生命周期分析.9第二
2、章 合成蓝宝石及相关产业的市场分析. 12第一节 单晶蓝宝石产业链. 12第二节 单晶蓝宝石衍生产品LED 市场发展潜力分析. 13第三节 世界 LED 晶圆厂产能市场预测 . 15第四节 LED 市场占有率增长以及影响因素. 21第五节 单晶蓝宝石市场现状分析 . 23第三章 合成蓝宝石工艺技术发展分析 . 28第一节 提拉法 Czochralski (CZ). 29第二节 焰熔法 Verneuil (flame fusion). 35第三节 泡生法. 38第四节 温度梯度法( Temperature gradient technique) TGT . 39第五节 热交换法 . 42第六节
3、熔体导模法 . 44第四章 美国合成蓝宝石产品的进出口分析. 48第一节 蓝宝石行业经营市场的主要产品. 48第二节 美国合成蓝宝石及相关产品的进出口 . 49第三节 全球经济形式对蓝宝石产品出口的影响 . 50第五章 合成蓝宝石上、 下游产业分析 . 52第一节 IMS Research 对 LED 的全球市场调查. 52第二节 CS Compound Semiconductor( CS 复合半导体) 对封装 LED 市场的前景预测 54第六章 合成蓝宝石产业的主导驱动因素及政策环境分析 . 55第七章 节能与环保 . 60第一节 LED 路灯节省开支核算. 61第二节 LED 路灯运营成本
4、核算( RMB) . 64第三节 LED 灯特色和优势:. 65第八章 综合评价及结论. 671 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)全球市场调查报告第一章 蓝宝石市场主要经济特性第一节 产品概况蓝宝石的英文名称为Sapphire, 蓝宝石的矿物名称为刚玉, 属刚玉族矿物。实际上自然界中的宝石级刚玉除红色的称为红宝石外, 其余各种颜色如蓝色、 淡蓝色、 绿色、 黄色、 灰色、 无色等, 均称为蓝宝石。蓝宝石的化学成分( AL2O3) , 主要以Fe、 Ti、 致色。蓝宝石晶体具有熔点高( 2050) 、 硬度大( 莫氏硬度9级, 仅次于金刚石) 以及优良的光学和物化特性, 是
5、微电子及光电子产业极为重要的基础材料, 广泛应用于半导体、 微电子、 光电子、 信息显示、 光通讯、 激光、 精密机械、 国防军事及国内外重大科学工程等众多领域。在实验室里能够很容易和便宜地生产出宝石级的红宝石和蓝宝石, 其化学成分和物理性质与天然蓝宝石相同。合成蓝宝石的鉴别特征是晶体的生长条纹, 在快速地晶体生长过程中由于提拉生长, 它一般是弯曲的。下图是蓝宝石的主要物理系数分析:化学式Al2O3 晶族六方晶系a=4.785, c=12.9913.98晶格常数, A密度, g/cm熔点, K32303努普(daN/mm ): 1800 平行于 C-轴, 2200 垂直于 C-轴,2莫氏硬度:
6、 9硬度2 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)全球市场调查报告光传输范围, m在 0.532 m 的折射系数吸水性0.17 - 5.5n0=1.7717, ne=1.76355无杨氏模量, Gpa剪切模量, Gpa体积弹性模量, Gpa抗弯模数 (抗裂系数),Mpa34514524020- 420, 500- 280弹性系数C11=496, C12=164, C13=115, C33=498, C44=148泊松比( 横向变形系数) 摩擦系数0.25-0.30在钢铁上 0.15, 在蓝宝石上 0.10抗张强度, MPa25- 400, 500- 275, 1000- 345
7、抗弯曲轻度, daN/mm抗压强度, GPa235 392.0杨氏弹性模量 E,3.6 x 1091K - 105, 291K 7616.66 x 10 平行于光轴, 5 x 10 垂直于光轴-623.1 平行于光轴, 25.2 垂直于光轴- 4.4 x 104 4daN/mm2比热, J/(kg x K)热膨胀线性系数, K323K-1,-6导热系数, W/(m x K), 300K电阻率, Ohm x cm1016(25), 1011.5 (10 - 10 Hz, 25) 平行于 C-轴, 9.3 (10 - 10 Hz,3 925) 垂直于 C-轴(500), 10 (1000)11 6
8、39介电常数介电强度, V/cm损耗角正切4 x 101 x 105-4溶解度-在水中不溶解-在 HNO3,H2SO4, HCl,HF 溶液中300以下不溶解800以下不溶解-在碱中-在熔体金属 Mg, Al, Cr,Co, Ni, Na, K, Bi, Zn, Cs中800 - 1000以下不溶解暴露在 107 拉德的辐射下, 在传送高于 2.5mm 的时候没有变化。 No visible coloration after exposure to 108Rads/hr for 60 minutes at - 195g-辐射稳定度3 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)全球市
9、场调查报告No change in transmission below 0.3 m after exposure to12 210 proton/cm total dose质子辐射稳定Sapphire is highly inert and resistant to attack in mostprocess environments including hydrofluoric acid and thefluorine plasma applications commonly found insemiconductor wafer processing (NF3, CF4)耐化学性表 蓝宝
10、石物理系数第二节 合成蓝宝石发展背景及相关产业链19 , 法国化学家Auguste Verneuil开发程序生产人工合成蓝宝石, 这个工艺就以她的名字命名。在这个的工序中, 精细的氧化铝粉末被加到氢氧火焰中, 这个火焰正对着晶托。在火焰中慢慢沉淀的氧化铝, 生成泪珠状的蓝宝石刚玉。化学掺杂剂的添加能够产生人工的红宝石、 蓝宝石以及其它天然颜色的宝石, 还有在地质学中未曾出现的其它颜色的宝石。人工蓝宝石除了无瑕疵之外, 它与天然的蓝宝石完全相同。Verneuil的提拉法制蓝宝石的缺点是生成的蓝宝石具有较高的内压。今天, 许多提拉法制蓝宝石的方法都是于19 创造的。在这个过程中, 一个微小的蓝宝石
11、种晶被浸入到由贵重金属铑制成的坩埚中, 其中含有融化的氧化铝, 把她们以1到100毫米每小时的速度慢慢向上提拉。氧化铝结晶后形成胡萝卜状滚球型的大尺寸晶体, 最大直径400mm, 最高质量500kg。 , 世界人工合成蓝宝石产量250吨( 1.25 109 克拉) , 大部分由美国和俄罗斯生产。廉价的人工合成蓝宝石开启了这一材料的许多工业用途。世界上第一台激光器就运用了人工蓝宝石棒。钛蓝宝石的激光器普4 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)全球市场调查报告遍流行, 因为它能够把不同的波长转化成电磁波谱中红光或近红外光的波长。而且它们能够被轻易地锁模。在这些激光器中, 具有杂质
12、铬或钛的人工蓝宝石被特殊灯泡或其它激光器发出的强光辐射, 能够产生”受激辐射”。合成蓝宝石另一个应用是蓝宝石玻璃。其实, 玻璃是一个外行名词, 之因此被称为玻璃指的不是它的不定形状态, 而是通透性。蓝宝石不但能高度地透过170纳米至5.3微米的光( 人眼能辨别的光的波长范围是380-750纳米) , 而且它比玻璃强硬5倍, 排在莫氏硬度表第九位。它的硬度虽然不如合成稳定氧化锆( 例如氧化钇稳定氧化锆) , 但蓝宝石的柔韧性远远地好于钢化玻璃。合成蓝宝石再混合氧化锆、 氧氮化铝和其她一些复合材料, 能够用作装甲车的放碎玻璃或防弹衣。蓝宝石”玻璃”( 晶体) 是由纯蓝宝石柱切割并抛光的晶片。因为蓝
13、宝石材料韧性强, 非常耐刮伤, 蓝宝石玻璃窗可用于高压力舱的光谱仪; 蓝宝石晶体可用作高质量的手表; 它还能够作为超市里条形码扫描仪的窗口。合成蓝宝石由块状氧化铝工业生产生成, 氧化铝在惰性气体中烧结、 融化, 生成透明的多晶的产品, 这种多晶产品中, 有较多的气泡。而一些传统方法, 例如Verneuil焰熔法, Czochralski提拉法, 和溶剂法生长的蓝宝石无孔, 但需要消除内压。有一种氙弧灯( 最初被称作Cermax, 现被称为”陶瓷氙灯”) 用蓝宝石晶体作为输出窗口, 它能够承受较高的热负荷。从而, 这种陶瓷氙5 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)全球市场调查报
14、告灯比传统用二氧化硅作输出窗口的氙灯具有更高的输出功率。薄的蓝宝石晶片也能够作为高功率、 高频率的CMOS集成电路上的绝缘基板。这种类型的集成电路称为蓝宝石上硅集成电路或”SOS”芯片。这些材料在一些大功率射频的应用上显得非常有效, 如移动电话、 警车和消防车上的无线电设备, 以及卫星通信系统。”SOS”芯片允许数字和模拟电路中的单片集成电路设置在同一集成电路芯片上。之因此选择蓝宝石圆晶片作为基板而不是其它一些材料, 原因就在于蓝宝石导电性非常低, 但导热性非常高。因此, 蓝宝石在高效地导出操作集成电路生成的大量热的同时, 又提供了良好的电绝缘材料。蓝宝石基板材料是电子工程上一个非常慎重的选择
15、。单晶蓝宝石经晶片材料也应用于半导体工业上, 作为对氮化镓( GaN) 生长设备的非导电基板。蓝宝石材料的使用大大降低了成本, 因为它大约是锗的成本的七分之一。蓝宝石上氮化镓常见作蓝色的发光二极管( LED) 。6 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)全球市场调查报告第三节 合成蓝宝石在北美的经济地位作为一种重要的合成材料, 蓝宝石的市场完全取决于它下游产业的市场。据统计, 由于大量 LED 厂商不断向上游进军, 对 MOCVD 设备的需求急剧扩大, 年, 全球市场对 LED 蓝宝石衬底的需求将暴增, 有关蓝宝石衬底的供需关系将渐渐浮出水面。 年间, 背光源板块是拉动蓝宝石衬
16、底需求的绝对力量, 其中LED 照明系统、 手机、 显示器、 液晶电视等行业的出货量直接拉动了蓝宝石衬底的需求。以 LED 照明系统( LED Lighting System) 为例, 特别是在美国, 美国能源部(DOE)在 年 10 月 8 日报告中指出 LED 照明系统在十二个7 单晶蓝宝石(Monocrystal Sapphire)全球市场调查报告利基市场中已经让消费者节省电费十亿美元, 如果再将彩灯应用( 例如交通信号灯, 紧急出口指示灯等) 、 室内白光应用( 如办公室台灯, 厨房橱柜灯等) 、 和室外白光应用( 如路灯, 走廊用灯等) 完全改为 LED照明系统, 这将相当于在输电网
17、中减少 160 亿用户, 并为用户节省 200亿美元。另外, 美国能源部( Department of Energy) 还在 年发布了为小型企业创新研究( SBIR) 提供第一期资金的消息, 这其中就包括了固态照明( SSR) 项目。奥巴马在 09 年 7 月 2 日关于未来能源、 医疗保健改良的演讲中重点提到 LED 照明系统。LED 技术在美国最主要发展地区是德克萨斯州和佛罗里达州, 而这些公司大多做一些出口的贸易, 而缺乏一些对美国本土的供应( Obama: we havent done enough to emphasizeclean energy in our own country
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