蓝宝石晶体是一种典型的军民两用材料,在红外导弹、强激光武器等的整流罩和窗口材料领域有着重要的应用,同时也是目前大多数光电子器件外延衬底的首选材料之一。随着2英寸外延技术的成熟和出于成本降低的考虑,人们将目光转移至4英寸和6英寸以及更大尺寸如8英寸和12英寸的衬底材料上来,因此需要发展更大尺寸的蓝宝石晶体生长技术,此外大尺寸蓝宝石晶体也有助于降低窗口材料的成本。本文报道了采用专利技术(冷心放肩微量提拉法-SAPMAC)生长大尺寸蓝宝石晶体,采用全新设计的大尺寸炉膛和"鸟笼式"加热电阻作为加热源,重新模拟大尺寸炉膛下的蓝宝石晶体生长原料的质量输运与热量输运过程。采用x-射线双晶衍射、应力双折射等测试手段,测定不同结晶阶段晶体内部的应力及其分布情况,结合数值模拟和理论分析,研究了残余应力的形成变化规律;采用化学腐蚀和同步辐射X-射线形貌术等方法测定空位、位错、气泡和裂纹等主要缺陷在晶体内部的形态、位置、结合理论分析及模拟结果,研究了各类缺陷的产生原因及演化规律,提出了缺陷的预防措施;研究了消除色心及孪晶的技术手段。通过以上一系列对应力和缺陷等的控制措施的实施,成功地生长出直径大于300mm的大尺寸蓝宝石晶体,晶体质量达到光学2级标准,该技术将大大加快我国光电子产业的发展,缩短与国外发达国家的技术差距。