藍(lán)寶石圖形化襯底表面圖形幾何參數(shù)測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)報(bào)告EnglishTitleStandardizedMeasurementMethodsforGeometricParametersofPatternedSapphireSubstrateSurfaceStructures摘要隨著Mini/MicroLED技術(shù)推動(dòng)超高清顯示時(shí)代的到來(lái)，藍(lán)寶石圖形化襯底（PSS）作為關(guān)鍵襯底材料，其質(zhì)量一致性及性能可控性對(duì)半導(dǎo)體光電器件制造具有重要意義。目前，PSS表面圖形結(jié)構(gòu)多樣，缺乏統(tǒng)一的幾何參數(shù)測(cè)量與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈上下游溝通成本高、產(chǎn)品良率難以系統(tǒng)提升。本報(bào)告圍繞PSS表面圖形幾何參數(shù)測(cè)定方法的標(biāo)準(zhǔn)化需求，系統(tǒng)闡述該標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的目的意義、適用范圍及主要技術(shù)內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)提出基于原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM）和自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的多方法集成測(cè)量體系，建立圖形尺寸、高度、間距、角度、弧邊距及反射率等參數(shù)的統(tǒng)一測(cè)量流程與計(jì)算模型，并引入GageR&R和KAPPA量測(cè)系統(tǒng)分析體系，以提升測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性與可比性。該標(biāo)準(zhǔn)的制定將顯著促進(jìn)PSS產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化，推動(dòng)第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。關(guān)鍵詞藍(lán)寶石圖形化襯底（PatternedSapphireSubstrate）；幾何參數(shù)測(cè)量（GeometricParameterMeasurement）；標(biāo)準(zhǔn)化（Standardization）；Micro-LED；氮化鎵外延（GaNEpitaxy）；檢測(cè)方法（TestMethod）；SEMI標(biāo)準(zhǔn)（SEMIStandard）一、立項(xiàng)目的與意義隨著“超高清”顯示時(shí)代的來(lái)臨，在Mini/MicroLED技術(shù)的強(qiáng)力推動(dòng)下，市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)藍(lán)寶石圖形化襯底（PSS）的需求持續(xù)提升。PSS作為氮化鎵（GaN）基LED外延生長(zhǎng)的主流襯底，其表面微結(jié)構(gòu)直接影響外延層質(zhì)量與器件出光效率，屬于國(guó)家政策明確支持的關(guān)鍵電子材料。在《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》及《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》等多項(xiàng)國(guó)家級(jí)規(guī)劃中，均明確提出應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展圖形化藍(lán)寶石襯底相關(guān)材料與技術(shù)。PSS是在藍(lán)寶石拋光襯底上通過(guò)黃光制程或納米壓印圖形掩膜工藝，并結(jié)合等離子體干法刻蝕等圖形化技術(shù)制備的具有微納米周期結(jié)構(gòu)的功能襯底。其主流圖形形貌為六角密排圓錐形結(jié)構(gòu)，可通過(guò)調(diào)控圖形幾何參數(shù)有效緩解外延應(yīng)力、降低位錯(cuò)密度、提升光提取效率，從而顯著改善LED的光電性能。目前市場(chǎng)上PSS產(chǎn)品尺寸以2~6英寸為主，但因工藝和設(shè)計(jì)差異，其表面圖形結(jié)構(gòu)存在較大變異，常見(jiàn)包括半球狀、圓錐狀和圓孔狀等不同形貌。圖形參數(shù)測(cè)量的不統(tǒng)一，導(dǎo)致生產(chǎn)商與用戶(hù)之間在產(chǎn)品規(guī)范、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)方面存在較大分歧，增加了供應(yīng)鏈中的溝通成本與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定旨在建立一套科學(xué)、可靠、可重復(fù)的PSS表面圖形幾何參數(shù)測(cè)量方法，統(tǒng)一尺寸、高度、間距、角度、弧邊距及反射率等關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)流程與評(píng)價(jià)體系，推動(dòng)PSS產(chǎn)品在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)和不同企業(yè)之間的數(shù)據(jù)可比性與過(guò)程協(xié)同性，對(duì)提升產(chǎn)品良率、促進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和國(guó)際化具備重要意義。二、范圍與主要技術(shù)內(nèi)容適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于藍(lán)寶石圖形化襯底（PSS）表面周期性圖形陣列幾何參數(shù)的測(cè)量與表征，主要針對(duì)50.8mm（2英寸）、100mm（4英寸）及150mm（6英寸）三種尺寸規(guī)格的PSS產(chǎn)品。測(cè)量對(duì)象包括圖形尺寸、高度、間距、側(cè)壁角度、弧邊距、表面反射率等特征參數(shù)，適用于從研發(fā)、生產(chǎn)到質(zhì)量檢驗(yàn)的全流程環(huán)節(jié)。主要技術(shù)內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)提出以原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM）和晶圓自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備為核心的多方法協(xié)同測(cè)量體系。具體包括：1.測(cè)量點(diǎn)布局規(guī)范：明確不同尺寸PSS襯底上測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量、分布位置及點(diǎn)間距要求，配備相應(yīng)圖示指導(dǎo)實(shí)際操作。2.圖形參數(shù)計(jì)算方法：規(guī)定關(guān)鍵幾何參數(shù)（如圖形高度、直徑、間距、錐角等）的計(jì)算公式與數(shù)據(jù)處理流程。3.有效區(qū)域識(shí)別與反射率測(cè)量：確立晶圓有效區(qū)域的定義與計(jì)算方法，集成反射光譜測(cè)量技術(shù)完成表面光學(xué)性能評(píng)估。4.測(cè)量系統(tǒng)分析：引入GageR&R（量具重復(fù)性與再現(xiàn)性分析）及KAPPA一致性評(píng)價(jià)體系，對(duì)測(cè)量設(shè)備的穩(wěn)定性、操作人員一致性及方法可靠性進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證與管理。5.數(shù)據(jù)輸出與報(bào)告模板：統(tǒng)一測(cè)量結(jié)果輸出格式，確保數(shù)據(jù)記錄完整、格式規(guī)范、便于比對(duì)與歸檔。通過(guò)上述技術(shù)內(nèi)容的系統(tǒng)整合，本標(biāo)準(zhǔn)在保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性與重復(fù)性的前提下，顯著提升PSS產(chǎn)品在全產(chǎn)業(yè)鏈中的標(biāo)準(zhǔn)化程度和產(chǎn)品質(zhì)量可控性。三、介紹主要修訂單位：××半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)××半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)作為本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位之一，是國(guó)內(nèi)較早從事半導(dǎo)體襯底材料與器件工藝標(biāo)準(zhǔn)化研究的專(zhuān)業(yè)組織。該委員會(huì)依托××研究院建立，匯聚了來(lái)自襯底制備、外延生長(zhǎng)、器件工藝與檢測(cè)評(píng)價(jià)等多個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家資源，主導(dǎo)和參與制定了多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尤其在第三代半導(dǎo)體材料領(lǐng)域具備深厚的工作基礎(chǔ)和技術(shù)積累。委員會(huì)近年來(lái)重點(diǎn)布局氮化鎵、碳化硅、氧化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體材料及其襯底的標(biāo)準(zhǔn)化工作，牽頭完成《藍(lán)寶石單晶襯底》《圖形化藍(lán)寶石襯底術(shù)語(yǔ)》等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制定與修訂任務(wù)。在此次PSS幾何參數(shù)測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)中，該委員會(huì)負(fù)責(zé)技術(shù)內(nèi)容的論證、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及行業(yè)意見(jiàn)征集，確保標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容既符合技術(shù)前沿發(fā)展趨勢(shì)，也具備較強(qiáng)的工程適用性與推廣價(jià)值。四、結(jié)論與展望《藍(lán)寶石圖形化襯底表面圖形幾何參數(shù)的測(cè)定方法》的制定是推進(jìn)半導(dǎo)體照明與新型顯示產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、高端化發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)建立統(tǒng)一、可靠的測(cè)量與評(píng)價(jià)體系，將有效提升PSS產(chǎn)品質(zhì)量一致性，降低產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作成本，對(duì)促進(jìn)Mini/MicroLED技術(shù)快速商業(yè)化具備支撐作用。未來(lái)，隨著圖形化襯底在紫外LED、激光器件、功率電子等更多領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，本測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)也有望進(jìn)一步擴(kuò)展其適用范圍和技術(shù)內(nèi)涵，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如SEMI標(biāo)準(zhǔn)）實(shí)現(xiàn)更深層次對(duì)接。建議行業(yè)各方積極參與該標(biāo)準(zhǔn)的試用與推廣，共同推動(dòng)我國(guó)半導(dǎo)體關(guān)鍵材料與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的體系化建設(shè)。參考文獻(xiàn)[1]《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》[2]SEMIStandard:MeasurementMethodsforPatternedSapph