サファイア（単結晶 Al₂O₃）

サファイアとは

サファイアは酸化アルミニウム（Al₂O₃）の単結晶形態で、コランダムとも呼ばれます。多結晶アルミナセラミックスとは異なり、単結晶サファイアは等方性（または準等方性）の光学特性、研磨後の極めて高い表面品質、そして優れた耐薬品性を示します。

その特性の組み合わせにより、以下の用途の最適材料となっています：

• 光学ウィンドウ — 深紫外（0.14 μm）から中赤外（6 μm）まで透過
• 半導体プロセスチャンバーの高温ビューポート
• プラズマ対向部品 — 耐薬品性が重要な用途
• 耐摩耗部品 — 硬度はダイヤモンドに次ぐ（モース硬度9）

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主要材料特性

特性	値	備考
結晶構造	六方晶系（R3̄c）	単結晶、チョクラルスキー法育成
密度	3.98 g/cm³	—
硬度	モース9 / ~2000 HV	ダイヤモンドに次ぐ
ヤング率	335〜400 GPa	異方性；軸依存
曲げ強度	400〜690 MPa	—
最高使用温度（大気中）	1900°C	相変態なし
融点	2053°C	—
熱伝導率	23〜46 W/(m·K)	軸依存
熱膨張係数	5.0（a軸）/ 5.6（c軸）× 10⁻⁶/°C	—
屈折率（589 nm）	nₒ = 1.768、nₑ = 1.760	複屈折性
光学透過範囲	0.14〜6.0 μm	UV-VIS-NIR-MIR
比誘電率	9.3〜11.5	周波数および軸依存
化学純度	> 99.99% Al₂O₃	チョクラルスキー法育成ブール

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光学透過特性

サファイアは紫外、可視光、近赤外、中赤外の広い波長域で高透過率を示します：

波長	透過率（厚さ2 mm）
193 nm（ArFレーザー）	~50%（表面損失限）
248 nm（KrFレーザー）	~80%
355〜1064 nm（Nd:YAG）	> 85%
2.9 μm（COレーザー）	> 75%
5.5 μm	> 50%

この広い透過ウィンドウにより、サファイアは多波長プロセスモニタリング、放射温度計ウィンドウ、紫外プロセスビューポートに最適です。

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耐薬品性

サファイアは室温および高温下でほぼすべての薬品に耐性を示します：

薬品	耐性
HF（希釈）	室温で耐性あり
HF（濃、高温）	80°C以上でわずかに侵食
H₂SO₄、HNO₃、HCl	優れた耐性
NaOH、KOH（希釈）	良好な耐性
NaOH、KOH（高温濃厚）	長時間暴露でわずかに侵食
プラズマ（Cl₂、CF₄、O₂）	優れた耐性
水、蒸気	1000°Cまで優れた耐性

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結晶配向オプション

標準および特注の結晶配向でサファイアを供給・加工します：

配向	説明	代表的用途
C面（0001）	基底面；z方向で複屈折ゼロ	LED基板、汎用ウィンドウ
A面（11-20）	—	特殊光学、基板
R面（10-12）	—	ヘテロエピタキシー基板
M面（10-10）	—	特殊半導体
ランダム / カスタム	オフアクシスカット対応	顧客指定

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サファイアの加工能力

サファイアの極高硬度（モース9）は全工程でダイヤモンド工具を必要とします。図冠半導体の加工能力：

工程	達成可能仕様
コアドリル（シリンドリカルブランク）	径 ±0.05 mm
スライシング（ダイヤモンドワイヤー）	厚さ ±0.02 mm、最薄0.3 mm
ラッピング	平面度 < 5 μm、平行度 < 5 μm
光学研磨	Ra < 0.1 nm（Åレベル）、面精度 λ/10
研削（OD/ID）	公差 ±0.02 mm
面取りおよびエッジ研削	図面指定通り

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代表製品

• ビューポートウィンドウ — フランジ付きまたは単品、プロセスチャンバーモニタリング用
• 光学フラットおよびウィンドウ — UV〜MIR透過、片面または両面研磨
• レーザーウィンドウ — 反射防止コーティング付きまたは裸、193/248/355/1064 nm対応
• 耐摩耗プレートおよびベアリングインサート — 極高硬度を活用
• カスタム形状 — ディスク、矩形、プリズム、ロッド — 図面対応製造

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品質および文書

• XRD結晶配向検証（標準 ±0.5°）
• 表面粗さ測定（AFMまたは粗さ計）
• 寸法検査報告書（CMM）
• 光学グレード部品には光学透過率試験報告書を発行