一种离子注入分离蓝宝石的方法
【专利摘要】一种以离子注入分离蓝宝石的方法，采用如下步骤：（1）将蓝宝石基片置于真空室内的基座上，并确保基片温度小于220℃；（2）将He离子注入蓝宝石基片；（3）等待冷却后取出基片；（4）清洗蓝宝石基片使之键合；（5）以300～500℃烘烤蓝宝石基片，使蓝宝石基片在加热处理下于键合处基本分离；（6）以1600～2000℃烘烤蓝宝石基片，使蓝宝石基片在高温下退火并加强表面强度，随后自然冷却；（7）对分离断裂处进行化学腐蚀，完全分离两个表面。本发明可以将蓝宝石单晶分离出纳米到微米级别的薄层，形成蓝宝石单晶薄膜，可以粘贴在其他的表面，即可利用蓝宝石的物理性能，达到需要的目的。
【专利说明】一种离子注入分离蓝宝石的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种离子注入分离蓝宝石的方法。
【背景技术】
[0002]蓝宝石属于三方晶系，具有六方结构，晶格常数为a=b=4.758A, c=12.991A,折射率1.762-1.770 (看见~近中红外>87%)，熔点2050°C，莫氏硬度9级，仅次于金刚石。近年来，蓝宝石由于其独特的材料特性，越来越多的应用于日常生活和工业生产中，例如手机摄像头，手表，LED，扫码器等。目前蓝宝石的切割主要使用金刚石刀具或者金刚石线，切割厚度最小只能到0.1mm左右。
[0003]如申请号为CN201310223102.5的中国发明专利申请公开了一种切割蓝宝石的方法，该方法实现采用直径更小的金刚石线锯对蓝宝石的切割，但对于蓝宝石的切割厚度而言，离微米级还很远，更不用说纳米级厚度的蓝宝石单晶薄膜。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种离子注入分离蓝宝石的方法，该离子注入分离蓝宝石的方法通过使用He离子注入分离蓝宝石，能将蓝宝石分离为纳米到微米级别的薄层。
[0005]本发明通过以下技术方案得以实现。
[0006]本发明提供的一种离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:采用如下步骤:
[0007](I)将蓝宝石基片`置于真空室内的基座上，并确保基片温度在220°C内；
[0008](2)将He离子注入蓝宝石基片；
[0009](3)等待冷却至室温后取出基片；
[0010](4)清洗蓝宝石基片使之键合；
[0011](5)以300~500°C烘烤蓝宝石基片，使蓝宝石基片在加热处理下于键合处基本分离；
[0012](6)以1600~2000°C烘烤蓝宝石基片，使蓝宝石基片在高温下退火并加强表面强度，随后自然冷却；
[0013](7)对分离断裂处进行化学腐蚀，完全分离两个表面。
[0014]所述步骤(2)中轻气体离子为He离子。
[0015]所述步骤(2)中采用多级等离子源进行离子注入。
[0016]所述步骤(2)中离子注入浓度为101°~IO14cnT3。
[0017]所述步骤(2)中注入能量为50Kev~lOMev，注入剂量为IO15~1018cnT2。
[0018]所述步骤(2)中注入时离子束射入角度偏离蓝宝石基片法线5~15°。
[0019]所述步骤(5)中，自步骤(3)中室温升温至300~500°C的时间在60秒内，在300~500°C下持续烘烤时间为20~150秒。
[0020]所述步骤(6)中，自步骤(5)中300~500°C升温至1600~2000°C的时间为25~40分钟，在1600~2000°C下持续烘烤时间为3~5小时。
[0021]所述步骤(7)中化学腐蚀为强酸腐蚀。
[0022]本发明的有益效果在于:可以将蓝宝石单晶分离出纳米到微米级别的薄层，形成蓝宝石单晶薄膜，可以粘贴在其他的表面，即可利用蓝宝石的物理性能，达到需要的目的。
【具体实施方式】
[0023]下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0024]一种离子注入分离蓝宝石的方法，采用如下步骤:
[0025](I)将蓝宝石基片置于真空室内的基座上，并确保基片温度在220°C内；
[0026](2)采用多级等离子源，将He离子注入蓝宝石基片，注入浓度为IOltl~1014cm_3，注入能量为50Kev~lOMev，注入剂量为IO15~1018cnT2，离子束射入角度偏离蓝宝石基片法线5~15°，以防止沟道效应。；
[0027](3)等待冷却至室温后取出基片；
[0028](4)清洗蓝宝石基片使之键合；
[0029](5)以300~500°C的温度快速烘烤蓝宝石基片，从室温升温至300~500°C的时间在60秒内，在300~500°C下烘烤时间为20~150秒，使蓝宝石基片在加热处理下于键合处基本分离；
[0030](6)以1600~2000°C的温度烘烤蓝宝石基片，从步骤(5)中的300~500°C在25~40分钟时间范围内升温至1600~2000°C，`并在1600~2000°C的温度下烘烤3~5
小时，使蓝宝石基片在高温下退火并加强表面强度，随后自然冷却；
[0031](7)用强酸对分离断裂处进行腐蚀，完全分离两个表面。
[0032]步骤(2)中采用H离子注入也能实现本发明之效果，但相对而言H离子注入后不便于后期键合、分离处理。
[0033]步骤(7)中采用强酸腐蚀分离，以HCl为例，其原理在于HC1+A1203 — A1C13+H20。
[0034]具体操作时，喷枪设备可使用氢气喷枪、直流等离子喷枪、交流等离子喷枪和射频等离子喷枪中任意一种。
【权利要求】
1.一种离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:采用如下步骤: (1)将蓝宝石基片置于真空室内的基座上，并确保基片温度在220°C内； (2)将轻气体离子注入蓝宝石基片； (3)等待冷却至室温后取出基片； (4)清洗蓝宝石基片使之键合； (5)以300~500°C烘烤蓝宝石基片，使蓝宝石基片在加热处理下于键合处基本分离； (6)以1600~2000°C烘烤蓝宝石基片，使蓝宝石基片在高温下退火并加强表面强度，随后自然冷却； (7)对分离断裂处进行化学腐蚀，完全分离两个表面。
2.如权利要求1所述的离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:所述步骤(2)中采用多级等离子源进行离子注入。
3.如权利要求1或2所述的离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:所述步骤(2)中离子注入浓度为101°~1014cnT3。
4.如权利要求1所述的离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:所述步骤(2)中注入能量为50Kev~lOMev，注入剂量为IO15~IO1W20
5.如权利要求1所述的离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:所述步骤(2)中注入时离子束射入角度偏离蓝宝石基片法线5~15°。
6.如权利要求1所述的离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:所述步骤(5)中，自步骤(3)中室温升温至300~500`°C的时间在60秒内，在300~500°C下持续烘烤时间为20~150秒。
7.如权利要求1所述的离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:所述步骤(6)中，自步骤(5)中300~500°C升温至1600~2000°C的时间为25~40分钟，在1600~2000°C下持续烘烤时间为3~5小时。
8.如权利要求1所述的离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:所述步骤(7)中化学腐蚀为强酸腐蚀。
9.如权利要求1所述的离子注入分离蓝宝石的方法，其特征在于:所述步骤(2)中轻气体离子为He离子。
【文档编号】C30B29/20GK103696022SQ201310737017
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】季泳, 张龚磊 申请人:贵州蓝科睿思技术研发中心