大尺寸高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化项目资金申请报告.docx
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大尺寸高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化项目资金申请报告
国家产业升级和结构调整专项项目
项目资金申请报告
项目名称：
大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化
项目建设单位：
哈尔滨某某光电技术有限公司
建设地址：
联系人：
联系电话：
08
传真：
电子邮件：
项目主管部门：
黑龙江省经济委员会
申报日期：
国家产业升级和结构调整专项项目
项目资金申请报告
项目名称：
大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化
项目建设单位：
哈尔滨某某光电技术有限公司
建设地址：
哈尔滨市某某开发区海宾路6号
联系人：
某某
联系电话：
传真：
电子邮件：
m
项目主管部门：
黑龙江省经济委员会
编制单位：
司
1项目单位的基本情况和财务状况
1.1项目单位的基本情况
项目单位：
“哈尔滨某某光电技术有限公司”是由哈尔滨工业大学实业开发总公司、哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所、与部分自然人合资创建的有限责任公司，公司注册资本2000万元人民币。
公司于2006年4月2日工商注册登记，公司地址：
哈尔滨某某经济开发区海宾路6号。
公司主要从事蓝宝石晶体材料生产及加工、航空航天光电窗口、半导体衬底晶园、衬底片、半导体器件、蓝宝石专用设备等的加工制造及生产技术开发。
公司占地42000平方米，现有建筑面积13000平方米，具有自主研发的大尺寸、高质量蓝宝石晶体炉40台套，专用晶体加工设备35台套。
公司内有一支充满朝气，富有开拓能力的技术队伍，公司现有员工72人，其中具有博士学位的员工5人，高级技术职称人员19人，具有较强的研发实力。
企业管理制度健全，经营管理理念紧跟时代发展；企业生产基础好，市场开发队伍健全，产品市场竞争力强，可全部替代进口，竞争优势明显。
1.2公司目前的产品、技术及市场情况
公司主导产品为半导体衬底晶圆、激光窗口，目前月产值400万元左右，其中：
60%以上出口，产品国际市场占有率5%，国内高端市场占有率85%以上。
公司于2008年3月通过ISO9001-2000质量管理体系评审，获得权威机构认证。
为进一步促进公司的发展，加快公司高新产品的市场占有率，形成规模化效益，公司与2008年10月27日同香港星彩科技股份有限公司签订了投资协议，香港星彩科技股份有限公司将为我公司蓝宝石产业发展注入资金15000万元，用于扩大产业化规模，产品的深加工及国际市场化。
公司拥有自主知识产权（获得国家发明专利一项，实用新型专利一项，其他4项专利正在申请中），产品技术水平国际领先。
公司产品先后获得法国RSA公司，日本日亚光学、昭和电工、信光社、日立电子，以色列Gavish、英国LENGTEC、德国尼布丁、意大利马波斯（Marposs）、台湾国邦光学、晶美应用材料技术、兆远光电、兆晶光学、香港晶石光学、香港和昌隆、国内613所、209所、11所、717所、大连淡宁、大连路美、深圳世纪晶圆、山东华光等多家公司的合格分供商质量认定，产品供不应求，目前销售合同已经签订值2009年底。
公司是国内唯一的直径大于4英寸的激光窗口境内供货商，目前公司蓝宝石晶体材料的产能全球排名第4位。
公司2007年9月份起，公司在土建完工后开始购置、安装、调试蓝宝石生长加工设备，同时改进、固化工艺进行试生产，并于当年实现销售收入210万元。
公司于2006年度承担国家发改委软件及信息化高技术产业化示范工程项目“2-7英寸半导体衬底晶圆及其专用设备的产业化”，并于2008年3月通过国家发改委的产业化验收，该项目填补了我国在大尺寸蓝宝石晶体及其专用设备制造方面的产业化空白，为我国的相关行业发展奠定了坚实的基础。
公司2007年度承担了科技部国际合作项目“直径300mm大尺寸蓝宝石晶体生长技术的研究”，并于2008年6月成功的生长出直径325mm,重量：
68.68公斤的高品质蓝宝石，经过优化和改进，目前公司在晶体单体重量（大于65公斤）、直径（大于320mm）、晶体生长的成功率（大于70%）、生长制造成本（低于1200元/公斤）等方面在全球处于领先地位。
1.3公司的财务状况
至2008年10月底，公司已有建筑物总面积13000平方米，具有自主研发的大尺寸、高质量蓝宝石晶体炉40台套，专用晶体加工设备35台套。
至2008年10月31日，公司资产总额9760万元，流动资产4369万元，固定资产5139万元，无形资产253万元；流动负债3958万元，长期负债1410万元，负债总额5368万元，资产负债率55%。
2008年1—10月累计销售收入3460万元，利润总额433万元。
2项目的基本情况
2.1项目建设目的
为缓解目前国内航空航天、光电子、军工领域高品质蓝宝石窗口、器件和衬底片供不应求的局面，本项目在现有大尺寸蓝宝石晶体的技术、产能、产品质量优势的基础上，进一步开展大尺寸蓝宝石晶体的深加工的产业化，完善产品系列、拓宽产品领域，使公司从大尺寸蓝宝石晶体材料制造优势升级为蓝宝石系列高端产品的优势，替代进口，为国内相关行业的发展奠定材料、产品加工、技术配套基础。
大尺寸高品质蓝宝石是重要的战略基础材料，其器件的产业化可填补国内空白，满足国内外市场对光电窗口、半导体衬底、陀螺，整流罩等关键器件的迫切要求，其产业化可大大提高我国在相关产业的核心竞争力，对推动优势产业的形成，具有基础性、战略性意义。
该项目符合国家产业化政策和可持续发展战略，是目前国家航空制造业、半导体照明产业、部分国防装备亟待突破的重要环节，市场前景广阔；
该自主知识产权项目产业化后可使我国成为继美国、俄罗斯后世界第三个独立制造关键器件的国家，可形成年创汇8000万美元的能力，可塑造自主品牌，使企业短时间内跻身国际同行业前2位；
项目有利于拉动内需，增加就业渠道，具有极强的行业带动能力。
我国光电子行业中，高亮度半导体照明LED衬底材料95%以上需要进口，本项目的实施，可直接为国内相关厂家提供国际标准的衬底材料，直接替代进口。
我国航空制造业在光电窗口、光电陀螺、高品质航空轴承、三光一体化窗口等方面与国家发达国家存在明显得差距，本项目的实施，可在短时间内填补国内在该方面的产业空白，突破技术瓶颈及封锁，推动相关行业的发展及技术进步起到积极的作用。
21世纪是光电子时代，关键的材料、器件技术是其发展的基石，在军工、国防关键材料及器件、电子对抗、光通讯、数据传输等方面，蓝宝石器件的战略地位十分重要，如高速导弹、飞行器窗口和整流罩，激光窗口，红外窗口，深空探测窗口等，大规模集成电路衬底等。
综上：
本项目在自主创新基础和前期产业化基础上，通过引进先进的设备和探索、优化产业化技术，可打破发达国家垄断及封锁，填补国内急需的大尺寸的军民两用的蓝宝石光电窗口和器件的空白，为我国的光电子产业提供必备的关键战略材料和器件，为我国民用航空、国防、航天和相关高科技民用领域提供必备的技术和产品支持。
2.2项目建设背景
蓝宝石（-Al2O3）又称白宝石，是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料。
其结构中的氧原子以接近HCP（hexagonalclosedpacked）的方式排列，其中氧原子间的八面体配位约有2/3的空隙是由铝原子所填充，由此使它具有强度、硬度高（莫氏硬度9），耐高温（熔点达2050℃）、耐磨擦、耐腐蚀能力强，化学性质稳定，一般不溶于水，不受酸腐蚀，只有在高温下（3000C以上）才能为氢氟酸（HF）、磷酸（H2PO4）以及熔化的苛性钾（KOH）所侵蚀；且具有同氮化镓等半导体材料结合匹配性好、光透性能、电绝缘性能优良等一系列特性。
蓝宝石单晶首先是作为红外窗口材料而提出。
因其具有优良的光学、机械、化学和电性能，特别是具有中波红外透过率高等特性，从0.190μm至5.5μm波段均具有很高的光学透过率，因此被广泛用作微波电子管介质材料，超声波传导元件，延迟线，波导激光器腔体及精密仪器轴承，天平刀口等光学元件以及红外军事装置、空间飞行器、高强度激光器的窗口材料。
以白宝石单晶片为绝缘衬底材料的SOS器件则具有高集成度、高速度、低功耗和抗辐射能力强等优点。
近年来民用手表的表面大量使用白蓝宝石，其特点是光洁度高、硬度高、耐磨损。
表1给出了蓝宝石单晶的基本性能。
表1蓝宝石单晶材料基本性能
晶体性能
化学式
-Al2O3
式量
101.9612
晶系
六方晶系
晶格常数及方向
a=4.758Å（0001），c=12.991Å
空间群
R3c
单位晶胞中的分子数
2
光学性能
透过波段/m
0.14-6
折射系数n
3m
1.713
4m
1.677
5m
1.627
吸收系数
3m
0.0006
4m
0.055
5m
0.92
毫米波特性
折射系数n
34GHz
3.0568
94GHZ
3.0568
吸收系数
34GHz
0.009
94GHZ
0.029
损耗角正切tg
34GHz
0.0004
94GHZ
0.0005
机械和热学性能
密度/g/cm3
3.98
硬度/kg.mm-2
2200
熔点/℃
2053
沸点/℃
2980
断裂韧性/MPa.m1/2
2.0
断裂强度/MPa
400
杨氏模量/GPa
380
热导率/W.m-1.K-1
24
热膨胀系数/10-6.℃-1
8.8
比热（J/g）
0.782
热容（J/mol.K）
77
泊松比
0.27-0.29
抗热冲击品质因子
2.10
电阻率（.cm）
1014
蓝宝石单晶作为一种优良透波材料，在紫外、可见光、红外波段、微波都具有良好的透过率，可以满足多模式复合制导（电视、红外成像、雷达等）的要求，在军事工业等领域被用作窗口材料及整流罩部件，在光电通讯领域作为重要的窗口材料使用。
蓝宝石材料可以生长制备大尺寸的单晶，其内部缺陷很少，没有晶界、孔隙等散射源，强度的损失很小，透波率很高，是目前透波部件的首选材料；此外，由于蓝宝石电绝缘、透明、易导热、硬度高，因此可以用来作为集成电路的衬底材料，可广泛用于发光二极管（LED）及微电子电路，从而替代高价的氮化硅衬底，制作超高速集成电路；可以做成光学传感器以及其它一些光学通信和光波导器件。
如高温高压或真空容器的观察窗、液晶显示投影仪的散热板、有害气体检测仪和火灾监测仪的窗口、光纤通讯接头盒等。
蓝宝石单晶制备的研究开始于19世纪末，1904年，法国人用熔焰法最先获得了较大尺寸的蓝宝石晶体，经过近百年的发展，制备蓝宝石单晶的技术日趋完善。
目前已有提拉法（Czochrolski）、熔焰法（Vernuil）坩锅移动法（Bridgman-Stockbarger）、温度梯度法（TGT）、导模法（EFG）、热交换法（HEM）、水平定向凝固法（GHK）、泡生法（GOI）等多种制备方法，而适于生长大尺寸蓝宝石单晶的技术主要有：
热交换法、水平定向凝固法、泡生法及温度梯度法、及本项目所采用的冷心放肩微量提拉法等。
1993年，俄罗斯的S.I.VavilovStateOpticalInstitute研究所报道了采用GOI法合成φ300mm的蓝宝石晶体。
乌克兰的单晶研究所（InstituteforSingleCrystal）采用定向凝固法制备了大尺寸板状晶体350×200×35mm，该工艺采用保护性气氛代替了晶体生长时的高真空环境，并且用廉价的碳材料代替热交换器用的昂贵金属材料，极大的降低了生产成本。
我国在大尺寸蓝宝石单晶的合成方面与国外有较大的差距，尤其在蓝宝石晶体的生长技术、生长装备及加工技术方面，至今不少单位仍然使用较为传统的提拉法、熔焰法生长氧化物单晶材料，由于机械传动过程中震动很大，电器自动控制精度低，温度场设计不合理等问题，很难满足晶体生长的基本条件。
制备的晶体质量、成本很难满
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