CN205376472U - 蓝宝石部件、离子注入的系统、移动设备、将离子注入蓝宝石部件中的系统及蓝宝石窗口 - Google Patents

蓝宝石部件、离子注入的系统、移动设备、将离子注入蓝宝石部件中的系统及蓝宝石窗口 Download PDF

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Abstract

本公开涉及蓝宝石部件、离子注入的系统、移动设备、将离子注入蓝宝石部件中的系统及蓝宝石窗口。蓝宝石部件包括：相对于离子注入设备取向的第一表面，包括至少两个不同的区域；高能量离子以第一离子注入浓度对准蓝宝石部件的第一表面的第一区域并在第一区域中嵌入在第一表面下方以在蓝宝石表面中产生压缩应力；高能量离子以与第一离子注入浓度不同的至少一种不同的离子注入浓度对准蓝宝石部件的第一表面的至少一个不同的区域，并嵌入在至少一个不同的区域的第一表面下方以在蓝宝石表面中产生压缩应力。本公开一个实施例解决的一个问题是应用离子注入工艺来提供强度加强以提高蓝宝石的强度和坚固性。根据本公开一个实施例的一个用途是通过应用离子注入工艺提高了蓝宝石的强度和坚固性。

Description

蓝宝石部件、离子注入的系统、移动设备、将离子注入蓝宝石部件中的系统及蓝宝石窗口
技术领域
本申请涉及蓝宝石材料，并且更具体地，涉及金刚砂及其它经处理的蓝宝石材料的物理特性。
背景技术
金刚砂是铝氧化物的一种晶体形式并且有各种不同的颜色，除了通常称为红宝石的红色金刚砂和通常称为橙色蓝宝石的橙红色金刚砂外，剩余颜色的金刚砂大体通常称为蓝宝石。透明形式的金刚砂被认为是珍贵的石材或宝石。一般来讲，金刚砂极其坚硬，其中纯金刚砂的莫氏硬度规定为9.0，因此，其能够划伤几乎所有其它矿物。
众所周知，由于金刚砂的某些特性，其中包括其硬度和透明性，金刚砂可以用于很多不同的应用。然而，对于特定应用有利的相同特性，常常增加了针对那些应用的处理和制备蓝宝石的成本和难度。因此，除了与其作为一种珍贵石材相关联的价格，针对特定用途而制备金刚砂的成本通常都过高。例如，在实施常规处理技术时，由于蓝宝石的硬度，切割和抛光该材料是非常困难且耗时的。另外，常规处理工具诸如切割器在使用于金刚砂上时会相对较快的磨损。
实用新型内容
本公开的一个实施例的一个目的是应用离子注入工艺来提供强度加强以提高蓝宝石的强度和坚固性。
根据本公开的一个方面，提供了一种蓝宝石部件，其特征在于，所述蓝宝石部件包括：相对于离子注入设备取向的第一表面，所述第一表面包括至少两个不同的区域；其中，高能量离子以第一离子注入浓度对准所述蓝宝石部件的所述第一表面的第一区域，所述高能量离子在所述第一区域中嵌入在所述第一表面下方以在蓝宝石表面中产生压缩应力；其中，高能量离子以至少一种不同的离子注入浓度对准所述蓝宝石部件的所述第一表面的至少一个不同的区域，所述至少一种不同的离子注入浓度与所述第一离子注入不同，所述高能量离子嵌入在所述至少一个不同的区域的所述第一表面下方以在所述蓝宝石表面中产生压缩应力。
根据一个实施例，所述高能量离子对准所述第一表面以获得介于1013离子/cm2和1019离子/cm2之间的离子浓度。
根据一个实施例，所述高能量离子以跨所述第一表面的浓度梯度注入。
根据一个实施例，与所述蓝宝石部件的所述第一表面的所述第一区域对准的所述高能离子不同于与所述蓝宝石部件的所述第一表面的所述至少一个不同的区域对准的所述高能离子。
根据一个实施例，所述至少两个不同的区域中的所述第一区域包括所述第一表面的中心部分，并且所述至少两个不同的区域中的至少一个不同的区域包括所述第一表面的周边边缘。
根据一个实施例，所述蓝宝石部件被重新取向；以及其中，离子对准所述蓝宝石部件的第二表面，所述离子嵌入在所述第二表面下方以在所述第二表面中产生压缩应力。
根据一个实施例，所述第二表面下方的离子注入浓度与所述第一表面下方的相应的离子注入浓度不同。
根据一个实施例，对准所述第一表面的所述高能量离子和对准所述第二表面的所述离子各自被选择为包括以下离子中的一种或多种：氮离子、氩离子、钛离子、或铁离子。
根据一个实施例，所选择的离子包括+1离子。
根据一个实施例，所选择的离子包括+2离子。
根据一个实施例，所述高能量离子穿透到所述蓝宝石部件的主晶格层并嵌入在所述蓝宝石部件的主晶格层中。
根据一个实施例，所述高能量离子穿透到所述蓝宝石部件的次晶格层并嵌入在所述蓝宝石部件的次晶格层中。
根据一个实施例，所述蓝宝石表面的一部分被掩蔽，以阻止离子注入所述蓝宝石表面的所掩蔽的部分中。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于离子注入的系统，其特征在于，所述系统包括：离子源，所述离子源被配置为接收元素；离子提取单元，所述离子提取单元耦接到所述离子源以产生离子流；重定向磁体，所述重定向磁体沿着所述离子流顺序地位于所述离子提取单元之后；质量分析狭缝，所述质量分析狭缝过滤重定向的离子流；离子加速柱，所述离子加速柱加速所过滤的离子流；多个透镜，所述多个透镜聚焦所述离子流；扫描单元，所述扫描单元将所述离子流定向到终端站中；和支撑构件，所述支撑构件位于所述终端站中以用于支撑和操纵蓝宝石部件相对于所述离子流的位置，使得所述离子被注入在所述蓝宝石部件的所选择的表面下方。
根据一个实施例，所述支撑构件能够旋转以使所述蓝宝石部件的至少两个侧面暴露于所述离子流。
根据一个实施例，所述离子源被配置为接收元素氮、钛、铁和氩中的至少一者以由所述离子提取单元进行提取来产生所述离子流。
根据本公开的再一个方面，提供了一种蓝宝石部件，所述蓝宝石部件用于电子设备，其特征在于，所述蓝宝石部件包括：至少两个不同的区域；其中，所选择的第一离子嵌入到所述蓝宝石部件的所选择的表面的第一区域中，其中所选择的离子被嵌入在所述第一区域的所选择的表面下方的第一目标深度处；其中，所选择的不同的离子嵌入到所述蓝宝石部件的所选择的表面的至少一个不同的区域中，其中所选择的离子被嵌入在所述至少一个不同的区域的所选择的表面下方的第二目标深度处；其中，所述蓝宝石部件被加热到足够的温度，使得：所选择的第一离子以足以在所述蓝宝石部件中产生压缩应力的浓度扩散到比所述蓝宝石部件的所选择的表面下方的所述第一目标深度更大的深度；并且所选择的不同的离子以足以在所述蓝宝石部件中产生压缩应力的浓度扩散到比所述蓝宝石部件的所选择的表面下方的所述第二目标深度更大的深度。
根据一个实施例，所述蓝宝石部件被浸没在包括所选择的离子的等离子体中，使得所选择的表面被暴露；以及所述蓝宝石部件被施加电压，使得所选择的离子被嵌入到所述蓝宝石部件中位于所选择的表面下方的所述目标深度处。
根据一个实施例，在所述蓝宝石部件被加热以使所选择的离子扩散到更大的深度之后，附加的离子被嵌入到所选择的表面中。
根据一个实施例，所述附加的离子被嵌入在与加热所述蓝宝石部件之前所选择的离子被嵌入的目标深度不同的目标深度处。
根据一个实施例，所述附加的离子产生自与加热所述蓝宝石部件之前嵌入的所选择的离子的元素不同的元素。
根据一个实施例，所述蓝宝石部件被掩蔽，使得所选择的表面暴露于所选择的离子，其中所述蓝宝石部件的至少一个其它表面被掩蔽，使得所选择的离子不被嵌入在所述至少一个其它表面中。
根据一个实施例，提供了一种移动设备，包括由根据以上实施例所述的蓝宝石部件形成的蓝宝石覆盖玻璃部件。
根据一个实施例，提供了一种用于形成根据以上实施例所述的蓝宝石部件的装置，所述装置包括：等离子体源，所述等离子体源被配置为产生包括所选择的离子的等离子体；真空室，所述真空室用于将所述蓝宝石部件浸没在所述等离子体中，使得所选择的表面暴露于所选择的离子；电极，所述电极与所述蓝宝石部件电荷连通以向所述蓝宝石部件施加电压；和电源，所述电源用于在所述电极上产生电压，使得所选择的离子被嵌入到所述蓝宝石部件中位于所选择的表面下方的所述目标深度处。
根据一个实施例，所述电源被配置为产生具有跨所述电极的梯度的电压，使得所述离子沿着所述梯度以不同深度或浓度被嵌入到所述蓝宝石部件的所选择的表面中。
根据一个实施例，所述真空室包括真空炉，所述真空炉用于加热所述蓝宝石部件以使所选择的离子在所述蓝宝石部件中扩散到更大的深度。
根据一个实施例，一束所选择的离子被定向到所述蓝宝石部件的所选择的表面上；以及为所述离子束选择能量，使得所选择的离子被嵌入在所述蓝宝石部件内位于所选择的表面下方的所述目标深度处。
根据一个实施例，所述蓝宝石部件还包括：施加到所述蓝宝石部件的包含所选择的离子的离子糊剂；电耦接到所述离子糊剂的端子，其中端子耦接到位于所述蓝宝石部件的所选择的表面上的所述离子糊剂；以及其中所述端子被供应电流，使得所选择的离子被嵌入在所述蓝宝石部件内，位于所选择的表面下方的所述目标深度处。
根据本公开的再一个方面，提供了一种将离子注入蓝宝石部件中的系统，所述系统包括：蓝宝石部件，离子糊剂施加到所述蓝宝石部件的两侧；电耦接到所述离子糊剂的端子，其中端子耦接到位于所述蓝宝石的每一侧上的所述离子糊剂；其中所述端子被供应电流；以及其中交替变换所述端子的所述电流的方向。
根据一个实施例，所述蓝宝石部件被加热；其中，在加热所述蓝宝石部件之后，向所述端子供应附加电流；以及其中，交替变换供应到所述端子的所述附加电流的方向。
根据一个实施例，所述电流包括直流电。
根据一个实施例，所述电流包括交流电。
根据一个实施例，所述电流由一个或多个电容器供应。
根据本公开的再一个方面，提供了一种蓝宝石窗口，其特征在于，所述蓝宝石窗口包括：包括中心部分的顶表面，所述顶表面被注入有离子以加强所述蓝宝石窗口的晶体结构；和至少一个边缘表面，所述至少一个边缘表面被注入有离子，由此所述至少一个边缘表面大体上是不透明的，以减少进入所述蓝宝石窗口中的串扰。
根据一个实施例，注入在所述顶表面的所述中心部分中的所述离子的浓度与所述至少一个边缘表面中的离子的浓度不同。
根据一个实施例，不同的离子被注入在所述蓝宝石窗口的所述顶表面的所述中心部分和所述至少一个边缘表面中。
本文描述了用于加强蓝宝石部件的系统和方法。一种方法可以是如下形式：相对于离子注入设备对蓝宝石构件的第一表面进行取向，选择离子注入浓度，并使离子(例如高能量)对准蓝宝石构件的第一表面。
将离子嵌入蓝宝石构件中，并可以在蓝宝石表面中产生压缩应力。例如，离子可以填隙式嵌入在第一表面下方，位于现有的晶格位点之间，以便在蓝宝石表面中产生压缩应力。另选地，离子可以填充蓝宝石晶格中的空的位点，或者离子可以嵌入以便使被嵌入区域的部分实质基本上为无定形或非晶态的。
另一个实施例可以采用用于离子注入的系统的形式。该系统可以包括：被配置为接收元素的离子源、与所述离子源耦接以产生离子流的离子提取单元、顺序地位于离子提取单元之后的重新定向磁体，以及过滤被重新定向的离子流的质量分析狭缝。另选地，该系统可以包括：加速经过滤的离子流的离子加速柱、聚焦离子流的多个透镜、将离子流定向到终端站中的扫描单元，以及位于终端站中的用于支撑和操纵嵌入有离子的蓝宝石部件的位置的支撑构件。
也可以利用等离子体离子浸没来作为一种离子注入系统或工艺。在等离子体离子浸没中，可用的离子能量可一定程度地低于利用具有吞吐量较高的离子束注入获得的能量。例如，用于将离子嵌入到蓝宝石部件的表面中的等离子体离子浸没系统可包括等离子体(离子)源，真空室，以及将等离子体源耦接到真空室的耦接机构。该真空室可以包括狭口阀和涡轮分子泵或其它泵送系统以保持低压。可以利用电源(例如，脉冲直流电源)来将离子从等离子体源定向至蓝宝石部件的表面，从而使离子可以如上所述被注入蓝宝石部件的表面。
另外其它的实施例可以采用将离子注入到蓝宝石构件的方法的形式。该方法可以包括将离子糊剂施加至蓝宝石构件的两侧并将端子电耦接到离子糊剂。端子(例如，唯一端子)可以被耦接到位于蓝宝石的每一侧上的离子糊剂。另选地，该方法可以包括向端子供应电流并交替变换端子的电流的方向。
此外，另一个实施例可以采取蓝宝石窗口的形式。该蓝宝石窗口可包括顶表面，该顶表面被注入有离子以帮助加强蓝宝石窗口的晶体结构。该蓝宝石窗口的至少一个边缘表面可以被注入有离子以帮助阻止进入蓝宝石窗口中的串扰。
根据本公开的一个实施例的一个技术效果是通过应用离子注入工艺提高了蓝宝石的强度和坚固性。
附图说明
虽然多个实施例已被公开，但是对于本领域技术人员来说，本实用新型的其它实施例通过下面的具体实施方式将显而易见。需要认识到，本实施例能够在不脱离实施例实质和范围的情况下在各个方面进行修改。因此，附图和详细描述应被认为是例示性的而非限制性的。
图1示出示例性蓝宝石部件。
图2A示出示例性离子注入系统，其用于将离子注入到图1的蓝宝石部件的表面中。
图2B示出了用于将离子注入到蓝宝石部件的表面中的另选的离子注入系统。
图3示出图2A或2B的离子注入系统的支撑构件，该支撑构件用于在离子注入过程中支撑蓝宝石部件。
图4是沿图3中的线IV-IV截取的蓝宝石部件的局部剖视图并展示了晶格晶体结构。
图5是沿图3中的线IV-IV截取的蓝宝石部件的局部剖视图，并展示了注入在晶格晶体结构中的离子。
图6是沿图3中的线IV-IV截取的蓝宝石部件的局部剖视图，并展示了压缩层，例如，减少或防止蓝宝石部件的裂纹扩展。
图7是沿图3中的线IV-IV截取的蓝宝石部件的局部剖视图，并展示了位于蓝宝石部件的顶表面和底表面两者上的压缩层。
图8是一个曲线图，示出蓝宝石部件的强度与注入在蓝宝石部件中的离子浓度的对应关系。
图9示出图3的支撑构件，其用于保持蓝宝石部件使得部件的边缘可以用离子来轰击。
图10示出蓝宝石部件的斜切边缘，并以曲线指示离子的浓度。
图11示出加热步骤，用于进一步令离子扩散到晶格晶体结构中。
图12示出紧跟在图11的加热步骤之后的离子注入步骤，用以增加蓝宝石部件表面处的离子浓度。
图13示出图1的蓝宝石部件，其具有不同的离子注入区域以获得期望的效果，诸如某个区域的着色。
图14是示出根据示例性实施例的离子注入的方法的流程图。
图15示出根据另选的实施例的用于将离子注入到蓝宝石结构的系统。
图16示出图15的系统，其具有用于离子流的偏置的端子。
图17示出注入曲线，显示了晶体结构中由于离子注入而在不同深度处产生的压缩应力。横轴表示晶体结构中的深度，并且纵轴表示应力水平。
图18示出图17的注入曲线，其中两峰之间有平滑的区域。
图19示出另选的注入或净应力曲线。
图20是示出离子注入工艺的流程图，其包括原子轰击步骤以取代晶体结构的已置换的原子。
图21示出相机窗口，其带有镶边以防止串扰。
图22示出了一个蓝宝石窗口，其带有彩色边缘以防止串扰。
具体实施方式
相关申请的交叉引用
《专利合作条约》下的本专利申请要求于2013年3月12日提交的题为“SapphirePropertyModificationThroughIonImplantation”的美国非临时专利申请13/783,264的优先权，其内容全文以引用方式并入本文中。
虽然蓝宝石的固有强度比玻璃的强度高，但还没有建立完善的过程像化学加强，以在机械成形后提供强度的显著改进。蓝宝石故障通常由表面裂缝在压力下扩张而引起。因此，为了提高蓝宝石的强度和坚固性，应用离子注入工艺来提供强度加强，可能是有用的。
其中扩散以较大离子置换较小离子的用于玻璃的化学加强工艺，在玻璃部件的表面周围产生压缩应力层以防止表面裂纹的扩张。相比之下，蓝宝石的瞬间离子注入以高能量离子轰击蓝宝石部件，这些高能量离子以填隙式或以其他方式嵌入次表面中，以产生类似的用于阻止裂纹扩散的薄层或压缩应力。蓝宝石离子注入工艺导致应变晶格的深度大体小于约1微米。利用氮或氩的离子实现了加强效果，但对于离子类别没有限制性，因为一定浓度的任何离子都可以产生具有表面压缩应力所需的晶格应变。
用于加强的浓度可以落在约1013离子/cm2和约1019离子/cm2之间。然而，该范围之外的其它浓度也可以使用，但应注意，较低浓度无法产生足够的晶格失真，以具有可测量强度的效果，而高浓度可导致表面劣化，因为注入的离子会令表面破裂，从而降低强度，或者可能产生从晶体到非晶体的结构性变化，从而可能降低强度。对离子和浓度的选择可取决于离子大小、其能量、电荷、以及其与蓝宝石的化学相互作用，因为这些将决定注入层的深度、在表面上产生的应力的量和所产生的蓝宝石的颜色，如果有的话。
由于蓝宝石内的杂质可赋予颜色，因此具体应用可决定有色或无色的外观是否是期望的。此外，由于离子注入可以是一种视线工艺，可以使用掩膜来遮蔽部件的不同位置，以达到期望的效果。例如，达到最大加强所需要的浓度也许会导致色调轻微染色。在这种情况下，离子可以被选择以在特定位置中产生更期望的颜色，同时尽量减少在其他区域中的色调。此概念的一个合理具体实施是注入高浓度的离子到蓝宝石显示器的外部周围，以产生特定颜色(像铁和钛可产生较暗的颜色，诸如黑色)的掩膜。因此，离子注入可以既改善脆弱边缘的强度，并且还提供期望的颜色。然后也可将浓度降低的潜在的不同离子注入在显示部分上方来提供加强，但避免了将降低显示器的表现的着色。该技术的附加有益效果是可以产生掩膜，该掩膜将出现在蓝宝石内，而不是像常规油墨背面印刷那样出现在下方。
在一些实施例中，用于注入工艺的可用的设备可能影响注入的深度和所实施的技术两者。例如，如果注入设备以80千电子伏特(keV)或接近80千电子伏特(keV)操作，则离子可以注入在第一深度处，而注入设备以160千电子伏特(keV)或接近160千电子伏特(keV)操作，则可将离子注入在比第一深度更深的第二深度处。因此，使用不同的注入能量可以提供不同的应力分布，并防止不同类型和/或深度的损害。在一些实施例中，两个(或更多个)注入设备可被用于将离子注入在两个不同的深度处。也可以使用等离子体工艺，其中这些离子具有不同的(例如，较低的)能量，并且注入发生在其它深度(例如，相对于所述注入表面在较小的深度处)处。此外，在一些实施例中，单个注入设备可以被配置为以两个或多个不同的能级来操作以实现期望的应力分布。
此外，在注入过程中，晶体结构的原子可被置换。具体地，当Ar、N、Ti、Fe，或其他离子轰击晶体的表面时，铝或氧原子可被置换。为了帮助保持晶体结构的完整性，Al或O离子可以在初始注入步骤后通过离子注入工艺来重新插入。例如，氩最初可被注入以实现所需的加强分布，并且可以执行后续注入步骤以重新插入在氩注入期间被置换的任何氧原子。也可以在升高的温度(例如，在一些实施例中，介于约500和1800摄氏之间)下执行注入步骤中的一个或多个注入步骤。例如，氩注入步骤可以在相对于氧步骤升高的温度下执行，或反之亦然。
图1示出了示例性蓝宝石部件100。该蓝宝石部件100可以通过任何合适的工艺形成，工艺包括但不限于：导模法(EFG)、泡生法、焰熔法、直拉法、助熔剂法、水热法、垂直水平梯度凝固法(“VHGF”)，和坩埚下降法(即，水平移动生长)工艺。蓝宝石部件100可以由蓝宝石晶片、蓝宝石带状物或其它此类蓝宝石构件切割而成。蓝宝石部件100可以采取任何合适的几何形状，并且可以为任何合适的目的而生成。例如，在一个实施例中，蓝宝石部件100可以大致具有矩形形状，并且可以被配置为用作电子设备中的覆盖玻璃。在其他实施例中，蓝宝石部件100可具有圆形形状，并且可被配置为用作相机的覆盖玻璃。
蓝宝石部件100的一个或多个表面可被注入离子以帮助加强该部件。例如，具体地，顶表面102以及一个或多个边缘104可被注入离子。在一些实施例中，表面诸如顶表面102可具有注入离子浓度梯度，其中各个区域具有不同的离子浓度和/或不同类型的离子。例如，顶表面102的周边边缘106具有的离子浓度可以比顶表面的中心108的离子浓度高。除此之外或另选地，顶表面102注入的离子浓度可以不同于边缘104的离子浓度。另外，每个边缘104可具有不同的离子浓度。
除此之外或另选地，顶表面102的周边边缘106可以注入与中心108的离子不同的离子。例如，周边边缘可以注入有钛离子和/或铁离子，而中心108可以注入有氮离子和/或氩离子。
应当理解，也可以实施其它离子和/或其它离子的组合。边缘104还可以被注入有与顶表面102的离子不同的离子，并且/或边缘中的一个或多个边缘可以被注入与另一边缘的离子不同的离子。此外，顶表面和底表面可具有不同的离子浓度和/或不同的注入离子两者。
图2A示出离子注入系统110，该离子注入系统110将离子注入到蓝宝石部件100中。一般来讲，注入系统110可以根据常规技术操作。最初，多个部件100可以被定位在终端站112中，使得离子可以对准部件100并注入在部件100中。用于注入的离子开始于带磁体115的离子源114处。离子源114包括室116(或阳极)和灯丝(或阴极)118。磁体115位于该离子源114的周围。元素诸如钛，氩，铁，氮或其它元素，可以经由元素源120馈送至室116中并被转换成等离子体。在通过磁体124重定向之前并且通过质量分析狭缝125过滤或分离之前，该元素被传递通过离子提取构件/预加速单元122。随后，离子被传递通过离子加速柱126。在冲击部件之前，离子被传递通过磁四极透镜128和电子扫描系统或单元130。
图2B示出另选的离子注入系统110，该离子注入系统用于经由等离子体离子浸没工艺将离子注入蓝宝石部件100。在图2B的特定配置中，例如，注入系统110包括真空室型终端站112，用于将离子注入蓝宝石(晶体氧化铝或AlOx)部件100所选择的表面，在那里从电子/离子等离子体131A生成所选择的离子131。
注入离子131由等离子体离子源121供应，该源被配置为产生电子/离子等离子131A，包括被选择用于注入到蓝宝石部件100中的特定离子131，例如铝、氧、氮、氩、镁、钛、铜、铁或铬离子131，或它们的组合。真空室终端站112经由真空导管或其它耦接部件132被耦接到等离子体源121。真空室112还可包括各种真空阀及泵部件133和134，以维持期望的低压力，该低压适于执行蓝宝石部件100的等离子体浸没离子注入工艺。
如图2B所示，覆盖玻璃或其他蓝宝石部件100被浸没或暴露于等离子体131A，例如使用固定装置或支撑构件135，使得被选择用于离子注入的表面101被暴露于所选择的离子131。电极136被设置成与该部件100进行接触或电荷连通，以用于施加电压来将选定离子131从电子/离子等离子131A分开，并使离子131朝所选择的表面101加速。
电源137被设置来在电极136上产生所选择的注入电压，例如负的操作电压-V0，几千伏(kV)的绝对值量级(例如，约1千伏至约10千伏)或几十或几百千伏的量级(例如，约10千伏至约100千伏，或更多)，使得所选择的离子131朝蓝宝石部件100的注入表面101加速。在朝注入表面101加速时，离子131获得K＝qV0的动能，其中q是离子电荷的绝对值，例如e，2e，3e，等等，并且其中e是电子上基本电荷的绝对值。
因此，该能量qV0表示离子注入能量，其可以通过选择操作电压V0和电离电荷q(或电离电平)进行选择，以在蓝宝石部件100内期望的目标深度(或在期望的目标深度范围内)处注入离子131。注入深度是相对于所选择的注入表面101来定义的，使得所选择的离子131被注入在蓝宝石部件100的注入表面101下方的目标深度处，或在相应的目标深度范围内。该注入深度还取决于所选择的离子131的大小和从蓝宝石部件100的晶格中的原子分散的相应横截面，以及电离量级或电荷q。
例如，电源137可以脉冲直流模式操作，其中操作电压-V0被施加在电极136(和蓝宝石部件100)上，持续由电子/离子等离子体131A的等离子体频率所限定的相对较短的时间，例如几微秒或更多(例如，大约1微秒或更小至约10微秒或更多)的量级。在直流脉冲期间，电子/离子等离子体131A中的电子，由于电极136施加在蓝宝石部件100上的负电荷脉冲-V0，被排斥远离所选择的离子注入表面101。
同时，所选择的离子131朝蓝宝石部件100加速，并且基于如上述注入能量、电荷、散射截面，被注入在所选择的离子注入表面101下方期望的目标深度处或范围内。另选地，可以施加基本上恒定的直流电压，持续基本上超过1-10微秒的注入时间，例如几毫秒的量级，或者几秒或以上的量级。例如，确定注入时间取决于离子选择、等离子体密度、电荷数，以及相比于所需离子表面密度和目标深度所得到的蓝宝石部件100靠近所选择的离子注入表面101的压缩应力、颜色、透明度和不透明度的其它参数。
在一些设计中，该真空室终端站112还可包括加热器138或被配置为用于为蓝宝石部件100加热的其它设备，例如，经由利用固定装置135的导电路径，或通过经由传导、辐射和对流的组合将真空室112的内部和蓝宝石部件100一起加热。在这些设计中，该蓝宝石部件100可以被加热至足够的扩散温度，使得所选择的离子131在蓝宝石部件100所选择的表面101之下扩散到比目标深度更大的深度。
加热可以在真空室112内在低压下、或在惰性气氛中在高压下进行。例如，蓝宝石部件100可以被加热到约500℃至约1800℃的扩散温度，持续大约几分钟或几小时的扩散期，使得所选择的离子131在蓝宝石部件100的所选择的表面101之下，扩散到比目标深度更大的深度。一般来讲，扩散离子将保持足以在如上所述的蓝宝石部件100的所选择的离子注入表面101中产生压缩应力的扩散浓度。
附加的离子131也可以被嵌入到所选择的表面101中，该过程可以发生在加热蓝宝石部件100以令所选择的离子131扩散到更大的深度之前或之后，或在加热过程中都可。例如，附加的离子131可以被嵌入在原始目标深度处(例如，使用相同的注入能量或脉冲电压V0)，或到另一目标深度处(例如，使用不同的注入能量或脉冲电压V0)。相似地，附加的离子131，在蓝宝石部件100被加热到扩散温度之前，在嵌入或注入到所选择的表面101时，可由与原始离子131相同的元素产生。另选地，等离子体离子源121可经配置以通过不同的元素产生所选择的离子131，以用于在蓝宝石部件100加热到扩散温度之前、期间或之后嵌入到所选择的表面101。
电源137还可以被配置为产生跨整个电极136的具有梯度的操作电压V0，使得所选择的离子131基于注入能量的相应梯度以不同深度或浓度如沿着电压梯度所限定的被嵌入到蓝宝石部件100的所选择的表面101中。例如，电极136可以被设置成分段形式，如图2B所示，其中不同的电压被施加到不同的电极分段，以便产生跨越该蓝宝石部件100所选择的表面101上的期望电压梯度，从而以注入离子131的注入深度或密度产生对应的梯度。
在附加的实例中，该蓝宝石部件100可以被掩蔽，例如，通过利用电极136作为掩膜结构，或使用不同的掩膜材料。在这些应用中，所选择的表面101暴露于电子/离子等离子体231中的离子131，而蓝宝石部件100中的至少一个其它表面被掩蔽，使得离子131被嵌入到所选择的表面101中，并且离子131不嵌入到蓝宝石部件100的其它(被掩蔽的)表面中，因为其它表面被覆盖了电极或其他掩膜元件136。
图3示出了终端站112的支撑构件140，该支撑构件支撑该蓝宝石部件100。支撑构件140一般可包括两个相对的结构142，它们夹在蓝宝石部件100上以固定该蓝宝石部件。由于蓝宝石的硬度，一般很少担心相对的结构142会损坏该蓝宝石部件100。然而，在一些实施例中，一个或多个缓冲构件可以设置在结构142和蓝宝石部100之间的接合部处。该支撑构件140可被配置为移动和/或旋转，使得该蓝宝石部件100的多个侧面可以暴露于离子中。应该理解，在终端站中也可能有多个或许多支撑件，支撑着多个或许多蓝宝石部件。
图4-7是蓝宝石部件100的例如沿如图3的IV-IV线截取局部剖视图。应该理解，本申请的附图中都没有做到按比例缩放，仅仅旨在以说明性的方式呈现本文所阐述的概念。因此，附图不应被理解为限制性的或理解为表达了所说明项目的大小、尺寸或确切关系。
图4示出了在蓝宝石部件100的晶格晶体结构150。如上所讨论的，在本离子注入工艺中，离子可注入到晶格晶体结构150的间隙空间152中。另选地，该离子可以取代蓝宝石晶格中现有的原子或填充蓝宝石晶格的空位，或离子可以嵌入，以便使嵌入区域的一部分的性质为基本上无定形或非晶体的。
例如，离子可以穿透到主晶格层或晶格150中的位点，并且置换现有(例如，铝或氧)原子，或占据主晶格150的空位置，使得注入的离子被设置在蓝宝石部件100的主晶体结构内。另选地，离子可以穿透到并占据间隙位点152，形成二次晶格结构，如图5所示。
图5示出了注入到蓝宝石部件100中的离子154，例如进入间隙空间152中。离子154注入间隙空间152(或以其它方式注入到蓝宝石部件100)中可在蓝宝石结构内产生压缩层，有助于防止裂纹或缺陷在蓝宝石部件100的表面内扩展。
例如，注入的离子154可以如图4所示占据间隙位点152，形成设置在部件100的主(例如，蓝宝石)晶格内或之间的第二晶格结构或第二晶格层，如图5所示。另选地，注入的离子154可以占据主晶格150中的位点，如上所述。注入的离子154还可以在晶格结构中产生局部破坏，在蓝宝石部件100周围的主晶格150内，在嵌入离子区形成无定形(非晶体的)材料的局部区域。注入的离子可以是+1离子，+2离子，或另一种离子水平。
图6示出了表面102中的压缩层160和裂纹162或缺陷。注入的离子154向晶格晶体结构提供的压缩防止了裂纹162扩展。因此，注入的离子有助于保持蓝宝石部件的完整性，例如，诸如蓝宝石部件冲击硬质表面的跌落事件等的应力会产生缺陷或裂纹。
图7示出了蓝宝石部件100的顶表面102以及底表面103，并具有通过离子注入产生的压缩层160。在一些实施例中，顶表面102和/或顶表面的一部分可以被注入与底表面103的离子不同的离子和/或不同浓度的离子。应当理解，在其它实施例中，这些表面中的一个表面可能不可以被注入离子。这种情况可能是因为，这些表面中的一个表面不从外部而从设备壳体露出，因此限制了其暴露于引起冲击和其他运作效果的缺陷。
注入离子的浓度一般来讲可以是约1013至约1019离子/cm2。然而，在一些实施例中，浓度可以大于或小于该范围。
图8示出了曲线图170，图中绘制出蓝宝石部件中强度与离子浓度的关系。具体地，水平轴线表示注入离子的浓度，并且竖直轴线示出蓝宝石结构的强度。如曲线172所示，当离子注入到一定浓度，蓝宝石结构的强度增加，在超过浓度的阈值水平之后开始降低。为说明的目的，约1013离子/cm2的离子浓度可以处于或接近水平轴线上第一标记174，而约1019离子/平方厘米的离子浓度可处于或接近第二标记176处。一般来讲，离子的浓度应处于提供增强强度的一定水平。如曲线172所示，过高的浓度可能降低蓝宝石的强度。
虽然上述许多讨论涉及的是蓝宝石部件100的表面，但是应当理解，蓝宝石部件的边缘104也可以进行离子注入，而上述讨论也同样适用于蓝宝石部件100的边缘104。具体地，图3的支撑构件140可以被配置为以一种方式夹持该蓝宝石部件100，该方式允许边缘受到离子流的冲击，如图9所示。边缘104可以用相同或不同浓度注入与顶表面102和/或底表面103的离子相同或不同的离子。支撑构件140可以被配置为旋转，使得蓝宝石部件100的所有边缘104都可以暴露于离子注入。此外，支撑构件140可被配置为在不同方向上移动，以适应边缘形状。例如，支撑构件140可倾斜，使得离子可以更直接地冲击直线边缘或斜切边缘，或其它边缘结构。
图10示出蓝宝石构件的斜切边缘180。另外，该斜切边缘上的曲线182示出了离子注入的相对浓度。如图所示，离子可以更集中在或靠近边缘180的平坦部分，因为它可以最直接地接收到离子流。边缘180的倾斜部分可以具有较低浓度的离子。然而，在一些实施例中，该浓度可以在整个边缘180的所有部分都一致。例如，在支撑构件140能够倾斜的实施例中，倾斜的边缘可以直接受到离子流的冲击，并且离子浓度可以在整个边缘180上变化，或在整个边缘180上基本上一致或基本上相同。
离子注入限制的一种可能是处理深度。一般来讲，离子注入可能被限制在大约1微米的最大深度，由相对于注入表面限定。因此，存在这样的风险：加工缺陷或操作损坏可能引起划痕或缺陷，其穿透材料表面的深度比被处理层更深，从而限制其在防止裂纹扩展方面的有效性。为了改善该工艺，离子注入完成以后，可以在每个注入步骤之间连续进行高温热处理，或在一个或多个连续注入步骤之间完成。
在这些实施例中，一次注入完成后，可导致晶格应变到一个深度x。通过在高温下处理该材料，扩散将允许注入的离子扩散到材料内更深的深度x+y，同时降低离子在表面上的浓度。接下来可进行又一次注入步骤以再次提高表面上的离子浓度水平。这些步骤可以重复进行，以产生一个最终处理层，其将具有与常规单一处理相同的表面应力水平，但比其它方式具有更大的离子穿透深度。
图11示出了离子通过加热步骤扩散到更深的晶格层。可提供热源190来加热表面102或加热该蓝宝石部件100。当蓝宝石部件被加热时，晶格结构150会变松弛，并且离子154可以扩散到晶格结构的更深的层中。在一些实施例中，终端站112或真空室(图2A或图2B)可以作为一个烘箱，或者可以以其他方式被加热，使得蓝宝石部件100不在加热和注入步骤之间移动。在其它实施例中，多批蓝宝石部件可以交错并在加热和离子注入步骤之间交替，使得当一个批次在终端站112时，另一批次可以被加热，例如在终端站112外面的烘箱内，或在终端站烘箱112内。
扩散可使外层中离子的浓度降低、接近或邻近注入表面中离子的浓度。这样，可以用随后的离子注入步骤来补充离子到外层中，如图12所示。通过注入和加热步骤的结合，离子可以注入更深的晶格结构，以帮助防止缺陷在表面之下的层处扩展。
在一些实施例中，可以实施多个加热器和/或多个离子注入系统。在一个实施例中，第一离子注入器可注入第一元素的离子，并且第二离子注入器可以注入第二元素的离子，以达到期望的效果。在每个离子注入步骤之间，或在两个或多个连续的离子注入步骤之间，可以用加热器帮助扩散先前注入的离子。
图13示出了离子注入之后的部件100，其中顶表面102的第一区域200被注入的离子染色(例如，变黑或给予另一种颜色)，并且第二区域202保持基本上澄清或透明。一般来讲，第一区域200可包括顶表面102的周边部分，并且第二区域202可包括顶表面的中心部分。在一些实施例中，可以在离子注入过程中使用掩膜，以创建不同的(例如，透明和彩色的)区域。
从工艺的角度来看，离子注入可在后处理退火之后和装饰之前进行，因为注入可能会损坏或影响任何表面油墨或涂料，并且可以预计在缺陷最少的表面会获得最成功的效果。图14是根据本公开的实施例的处理蓝宝石部件的方法210。
最初，蓝宝石晶体生长(方框212)。然后蓝宝石晶体可被切割(方框214)以形成蓝宝石部件，然后通过退火过程(方框216)。蓝宝石部件的一个或多个表面可随后被离子注入的离子流中的离子轰击(方框218)。在离子注入期间，蓝宝石部件的位置可以相对于离子流进行调控以恰当将离子注入到每个所需的表面。另外，蓝宝石部件的某些区域可以在一个或多个离子注入步骤期间被掩蔽，以达到所需的浓度，和/或期望的所选择的离子注入到某些区域，而不注入其它区域。接下来，蓝宝石部件可被加热以使离子扩散到更深的晶格层(方框220)。
加热后，蓝宝石部件可再次被离子轰击(方框222)。离子注入、操纵、掩蔽，和加热/扩散步骤可以以任何顺序、数量或组合进行重复，以达到期望的离子选择、注入深度、浓度、颜色和其它性质。
随后，可以执行后处理步骤如油墨掩膜应用(方框224)。通常，离子注入之后不大可能会有抛光步骤，原因是为了保持压缩应力和其它所需的性质。另选地，在离子注入到表面中之后，可以进行光抛光步骤或其它注入后表面加工工艺。
还可实施其它技术以填隙或以其它方式将离子注入蓝宝石的晶格结构。例如，在一些实施例中，蓝宝石构件可涂覆有离子浆液或糊剂，并且电流可以被施加到该浆料中，以便将所选择的离子嵌入在所选择的表面中，到选定的深度。另选地，可以利用如上所述的等离子体浸没工艺，无论是单独使用或与离子束沉积、离子浆料或其它离子沉积方法相组合。
图15示出了离子浆液法。特别地，显示了蓝宝石构件230，其中离子糊剂232被涂覆在蓝宝石构件230的一侧102或两侧(或每侧)103上。电子端子234(例如，具有相反的电压±V0的单独的、一体的或唯一的端子)电耦接至离子糊剂232或蓝宝石构件230，并且电流±I0通过端子234被施加到离子糊剂，例如利用电流源或电源238。
具体地，端子234可以施加相反的电荷或电压±V0到蓝宝石构件230的不同(例如，主要相对的)侧102，103上，使得离子流过所选择的注入表面(例如，顶表面102或底表面103)。端子234的电荷或偏压电压可以在一定程度上比离子束和等离子体沉积工艺中低，并且也可以被交替，使得离子糊剂232中的离子被注入到所述蓝宝石部件或构件230的每侧102和103中，或注入蓝宝石构件230的边缘中，或注入蓝宝石构件230的侧102，103和边缘104的组合。即，阴极和阳极可被切换(或也可以使用一个接地端子234和带电压±V0的另一端子234)，以提供交流(AC)或直流(DC)偏压，以用于将离子糊剂或浆液232中的离子注入到蓝宝石构件230的所选择的侧102，103和/或边缘104。
图16示出了端子234的偏压产生沿着箭头236方向的(例如，正的)离子流。可以使用任何合适的电源238来施加电流±I0到离子糊剂232。例如，在一些实施例中，交变电流(AC)±I0可被施加到离子糊剂232来注入离子。在其他实施例中，直流(DC)±I0可施加到离子糊剂232，并且端子234的极性可以周期性地切换。在另外的其他实施例中，电源238中可包括一个或多个开关电容器，并用于为终端234提供脉冲电荷。
一般来讲，扩散进入蓝宝石构件230可比扩散出蓝宝石构件的速度更快，使得该方法完成后有离子被注入蓝宝石，例如填隙式或通过取代进入晶格。另选地，离子可占据空晶格位点，或者在晶体晶格内形成基本上无定形结构的区域。离子糊剂232可包括至少一种离子元素和用于所选择的离子元素的合适介质(或多种合适的介质)。所选择的离子或离子元素的尺寸和化学性质可以与如上所述的磁体四极透镜和等离子体浸没系统的离子大致相同或相似。
应当理解，图15和16中所示的离子注入系统也可连同上述加热步骤一起实施，以帮助离子进一步扩散到蓝宝石的晶格晶体结构。在一些实施例中，在离子糊剂232仍位于蓝宝石构件230的表面上时即可加热，而在其他实施例中，离子糊剂可以在加热步骤之前就被除去。在另外的其他实施例中，离子注入工艺可以在加热炉或烘箱中进行，如真空炉端站或精加工室112，使得加热和离子注入步骤无需移动蓝宝石构件就可以执行。
在一些实施例中，离子注入的深度可能取决于注入能量、离子的大小和离子注入的晶体平面。注入能量可能取决于注入离子所用的系统、设备和方法。一种离子注入设备，诸如在图2A，2B，15和16中所示的，可以在一个特定的能级下操作，该能级部分决定离子注入的深度。例如，该注入设备可以在80千电子伏下操作，并可关联到第一注入深度，而第二注入设备可以在160千电子伏下操作，并且可以关联到比第一注入深度更深的第二注入深度。另选地，离子电荷也可被选择以针对特定的注入深度，例如用穿透第一目标深度的特定类型的单离子(+1电荷)原子，和用穿透第二较小的目标深度的特定类型的双或多离子(+2或更高电荷)原子，上述深度均为相对于所述注入表面所限定的。
更一般地，不同的离子束、等离子体和以离子浆料为基础的离子注入系统和方法都可以被使用，无论是单独或组合，以便以不同的离子密度和注入深度，基于一些参数包括但不不限于：离子类型(原子数和原子量)、电荷(离子电平)、注入能量和入射角，来注入所选择的离子。不同的注入深度和离子类型、密度一般来讲会在不同晶体结构的深度处产生不同的压缩或拉伸应力，并且可以被选择成是可操作的，以防止损伤在该结构中以不同水平或深度(相对于离子注入表面来限定)扩展。
转到图17，示出了一个注入曲线240，其显示了在不同晶体结构的深度因离子注入而产生的压缩应力。水平轴线241代表晶体结构的深度，而竖直轴线243表示(例如，压缩)应力。例如，第一应力峰242可位于第一深度，并且第二应力峰244可位于与第一深度不同的第二深度。因此，一个、两个或更多个不同深度可能会基于所选择的离子注入系统和方法受到相同或不同的压缩应力，以防止裂纹在晶体结构中扩展。
因此，离子可以按浓度梯度注入，使得该离子浓度变化取决于蓝宝石材料中的深度，如相对于所述注入表面沿大致横向或正交(垂直)的方向限定的。另选地，离子可以按跨整个注入表面的浓度梯度注入，使离子浓度沿所述表面的横向方向变化，例如沿周边边缘具有与中央部分或区域不同的所选择离子的浓度和/或注入深度，例如，相对于图1如上所述。
可基于共同损伤特征选择或瞄准不同应力峰和深度。例如，第一应力峰可大体放置在浅表损伤通常发生的深度处。例如，第一峰242可以大致集中在相对于所述离子注入表面约20纳米或更小的深度处。第二峰244可位于的深度瞄准着比浅表性质更深的损伤，例如在大于约20纳米的深度处。
应当理解，在不同深度的离子注入可以由一个或多个注入器或注入系统来执行。例如，第一注入器可以在注入离子等级比第二注入器更深的能级操作，即第二注入器在注入离子较浅的能级操作，或反之亦然。例如，第一注入器可在约160千电子伏操作，第二注入器可以在约80千电子伏操作。也可以使用不同的离子束、等离子体浸没，和离子浆料注入系统和方法，如上所述。
此外，在一些实施例中，单一的注入器可被配置为以多个不同的能级，或采用不同的方法来操作，以实现所期望的注入量。注入器的能级也可以被配置为在随后的离子注入步骤中在不同的操作能级之间进行切换。此外，该注入器可以被配置为当其在不同的能级之间转换时连续地注入离子。因此，离子可在该晶体结构内以一个或多个基本上离散的水平或深度或以除了通常离散的水平被注入，例如晶体结构内一个基本上连续的深度范围。
图18示出了轮廓平滑的注入曲线240。具体地，离子可以在两峰242和244之间的深度246处注入。平滑化可有助于加强目标深度之间结构的各层。由于注入器在不同目标能级之间过渡时进行连续注入，因此可能会发生轮廓平滑化。除此之外或另选地，轮廓平滑可由于离子扩散而发生，例如在漫射加热步骤或退火步骤期间。此外，平滑化的出现还可能是使用不同能级进行两次或多次离散注入步骤的离子注入深度重叠的结果。即，注入的每个步骤都可以包括未注入在精确目标深度处的离子，从而产生注入曲线，其可以与用于不同目标深度的离子注入相重叠。
图19示出了注入曲线248，其可表示曲线平滑化所引起的一条净应力曲线。如图所示，该注入曲线248包括在两个峰处的增强的压缩应力，两个峰可以代表目标深度。然而，有压缩应力从表面(例如，水平轴上的原点)延伸到比两个峰更深的位置(例如，超过第二目标深度)。
应当理解，该净应力曲线可基于该结构所期望的强度特性进行定制。即，特定目标的深度可被选择用于增加的压缩应力，以提供针对特定类型的损害所期望的保护。另外，应当理解，多于或少于两个深度可作为用于离子注入的目标。此外，该深度可以基于使用不同的离子或元素来控制注入的深度而不是注入能量或能量水平、注入法的一些组合、和/或离子/元素选择而变化。此外，注入的离子密度可以根据不同深度水平而变化。这样，第一深度可包括具有第一浓度的第一离子，并且第二深度可以包括具有第二浓度的第二离子，第二浓度可以不同于，或与第一深度处第一离子的浓度相同。
更进一步地，在一些实施例中，可能在特定深度水平处存在离子的一些组合，以达到所期望的效果。例如，钛离子和氩离子可以采用相同或大致相同的水平被注入。所期望的效果可包括注入离子产生的所期望的着色和/或加强。在一些实施例中，特定的深度水平可被选择用于加强，而另一水平可以被作为用于得到特定彩色化的目标。
在一些实施例中，离子注入的深度水平可基于晶体结构被注入的某个表面而有所不同。例如，该结构的顶表面可以具有与所述结构的侧壁不同的离子注入深度。另外，顶表面可以具有与底部或侧壁面不同的离子注入深度，和/或不同的离子浓度等。不同的离子/元素或它们的组合也可以被注入到该结构的不同表面上。
在一些情况下，进入晶体结构(或其它离子注入工艺)中的离子轰击会引起组成该结构的原子的置换。即，当离子注入到该结构中，例如，为了加强或添加结构的颜色，铝原子或氧原子可以从晶格置换出来。据信，该置换大体在该结构的表面层更普遍。在一些情况下，铝原子或氧原子也可具有相对于其它原子更高比率的置换。例如，可以置换比铝更多的氧。
可以理解的是，置换可以改变该结构的化学组成。为了保留结构的完整性，可提供氧原子和/或铝原子以替换置换的原子。例如，如果氧原子发生置换的比率比铝更高，则可将氧原子或离子轰击到该结构的表面上。在一些实施例中，以相同或不同的原子轰击或注入步骤，氧和铝(或其它所选择的原子或离子)可以被轰击到表面上，例如，如上所述，通过离子束工艺或使用等离子体浸没或离子浆料工艺，或这些工艺的组合，或者通过另一原子或离子轰击工艺。
图20是示出示例性工艺250的流程图，其包括原子轰击步骤。最初，掺杂离子可按照上面所讨论的技术来注入(方框252)。加热扩散步骤(方框254)可被执行以帮助将离子扩散到该结构的不同层。然后可以执行第二离子注入步骤(或附加的注入步骤)(方框256)。第二离子注入步骤可以用不同的注入能量、以不同的浓度水平，不同的离子，或在不同的温度下，或使用与第一注入相同的操作参数来进行。
离子注入步骤之后，该表面可被铝原子和/或氧原子轰击(方框258)。此步骤可以在比该注入步骤更高或更低的温度下执行。另外，可以执行一个或多个退火步骤260(方框260)。退火步骤可帮助恢复晶体结构(例如，达到铝原子与氧原子间适当或期望的关系/比)。
本文所描述的各种技术具有许多不同的应用。特别地，在消费电子设备上，有一些应用可能涉及并包括但不局限于：设备覆盖玻璃、窗口和设备内的其它结构。一个此类的示例性用途是用于照相机镜头或覆盖玻璃部件，或其选择的表面或其一部分。
图21示出了相机窗口280。相机窗口的一侧(或周边)是一个镶边元件282，用来防止来自频闪元件284(例如，闪存)和/或其它光源的串扰，诸如可相对于相机窗口和背面板286定位在壳体内的一个显示器。转到图22，根据本技术，蓝宝石窗口290可以代替或被用于照相机窗口，并且可以使其边缘292着色，以有效地防止来自频闪闪光灯284和其他来源的串扰，例如通过离子注入足够密度的所选择的离子来使一个或多个边缘292基本上呈现不透明的状态。这样，可以避免使用(例如，独立或分离的)镶边元件282。这可以提供若干优点，例如降低了堆栈尺寸(例如，可能更薄的设备)，以及用于照相机的更坚固的窗口。
在处理蓝宝石窗口部件时，顶表面和底表面也可以注入相对于边缘不同的离子和/或浓度，使得相比于没有离子注入表面的部件，顶表面和底表面对窗口的光学性能只有有限的影响或基本上没有影响。即，尽管边缘可以在注入离子后基本上不透明或防止光路形成，但顶表面和底表面可以注入一定浓度的离子，以基本上保持蓝宝石材料的透明性。
虽然前面的讨论已经呈现了具体的实施例，但本领域的技术人员将认识到，可以在不脱离本公开实质和范围的前提下，在形式和细节上做些改变。例如，处理步骤可以以另一顺序，或者以不同的组合执行。此外，不同的离子注入步骤可以包括不同的电荷(例如，单带电和双带电离子)，以及不同的注入方法和能级。这样，注入深度可以基于多个不同的参数和它们的组合进行选择。因此，本文所述的具体实施例应被理解为示例性的而不限制本公开的范围。
上述只是说明了本实用新型的原理。本领域的技术人员，参考本文的教导后，对所描述的实施例做出各种变型和更改将是显而易见的。因此，应当理解，那些本领域的技术人员将能够设计出许多系统、装置和方法，这些系统、装置和方法虽然在本文没有明确示出或描述，但也体现本公开的原理，因而也属于本实用新型的实质和范围。从上面的说明书和附图，本领域的技术人员将理解，所显示和描述的具体实施例旨在进行说明，并且参考特定实施例的细节并非旨在限制本实用新型由所附权利要求所限定范围。

Claims (36)

1.一种蓝宝石部件，其特征在于，所述蓝宝石部件包括：
相对于离子注入设备取向的第一表面，所述第一表面包括至少两个不同的区域；
其中，高能量离子以第一离子注入浓度对准所述蓝宝石部件的所述第一表面的第一区域，所述高能量离子在所述第一区域中嵌入在所述第一表面下方以在蓝宝石表面中产生压缩应力；
其中，高能量离子以至少一种不同的离子注入浓度对准所述蓝宝石部件的所述第一表面的至少一个不同的区域，所述至少一种不同的离子注入浓度与所述第一离子注入不同，所述高能量离子嵌入在所述至少一个不同的区域的所述第一表面下方以在所述蓝宝石表面中产生压缩应力。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述高能量离子对准所述第一表面以获得介于1013离子/cm2和1019离子/cm2之间的离子浓度。
3.根据权利要求2所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述高能量离子以跨所述第一表面的浓度梯度注入。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石部件，其特征在于，与所述蓝宝石部件的所述第一表面的所述第一区域对准的所述高能离子不同于与所述蓝宝石部件的所述第一表面的所述至少一个不同的区域对准的所述高能离子。
5.根据权利要求1所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述至少两个不同的区域中的所述第一区域包括所述第一表面的中心部分，并且所述至少两个不同的区域中的至少一个不同的区域包括所述第一表面的周边边缘。
6.根据权利要求1所述的蓝宝石部件，其特征在于：
所述蓝宝石部件被重新取向；以及
其中，离子对准所述蓝宝石部件的第二表面，所述离子嵌入在所述第二表面下方以在所述第二表面中产生压缩应力。
7.根据权利要求6所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述第二表面下方的离子注入浓度与所述第一表面下方的相应的离子注入浓度不同。
8.根据权利要求6所述的蓝宝石部件，其特征在于，对准所述第一表面的所述高能量离子和对准所述第二表面的所述离子各自被选择为包括以下离子中的一种或多种：氮离子、氩离子、钛离子、或铁离子。
9.根据权利要求8所述的蓝宝石部件，其特征在于，所选择的离子包括+1离子。
10.根据权利要求8所述的蓝宝石部件，其特征在于，所选择的离子包括+2离子。
11.根据权利要求1所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述高能量离子穿透到所述蓝宝石部件的主晶格层并嵌入在所述蓝宝石部件的主晶格层中。
12.根据权利要求1所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述高能量离子穿透到所述蓝宝石部件的次晶格层并嵌入在所述蓝宝石部件的次晶格层中。
13.根据权利要求1所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述蓝宝石表面的一部分被掩蔽，以阻止离子注入所述蓝宝石表面的所掩蔽的部分中。
14.一种用于离子注入的系统，其特征在于，所述系统包括：
离子源，所述离子源被配置为接收元素；
离子提取单元，所述离子提取单元耦接到所述离子源以产生离子流；
重定向磁体，所述重定向磁体沿着所述离子流顺序地位于所述离子提取单元之后；
质量分析狭缝，所述质量分析狭缝过滤重定向的离子流；
离子加速柱，所述离子加速柱加速所过滤的离子流；
多个透镜，所述多个透镜聚焦所述离子流；
扫描单元，所述扫描单元将所述离子流定向到终端站中；和
支撑构件，所述支撑构件位于所述终端站中以用于支撑和操纵蓝宝石部件相对于所述离子流的位置，使得所述离子被注入在所述蓝宝石部件的所选择的表面下方。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述支撑构件能够旋转以使所述蓝宝石部件的至少两个侧面暴露于所述离子流。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述离子源被配置为接收元素氮、钛、铁和氩中的至少一者以由所述离子提取单元进行提取来产生所述离子流。
17.一种蓝宝石部件，所述蓝宝石部件用于电子设备，其特征在于，所述蓝宝石部件包括：
至少两个不同的区域；
其中，所选择的第一离子嵌入到所述蓝宝石部件的所选择的表面的第一区域中，其中所选择的离子被嵌入在所述第一区域的所选择的表面下方的第一目标深度处；
其中，所选择的不同的离子嵌入到所述蓝宝石部件的所选择的表面的至少一个不同的区域中，其中所选择的离子被嵌入在所述至少一个不同的区域的所选择的表面下方的第二目标深度处；
其中，所述蓝宝石部件被加热到足够的温度，使得：
所选择的第一离子以足以在所述蓝宝石部件中产生压缩应力的浓度扩散到比所述蓝宝石部件的所选择的表面下方的所述第一目标深度更大的深度；并且
所选择的不同的离子以足以在所述蓝宝石部件中产生压缩应力的浓度扩散到比所述蓝宝石部件的所选择的表面下方的所述第二目标深度更大的深度。
18.根据权利要求17所述的蓝宝石部件，其特征在于：
所述蓝宝石部件被浸没在包括所选择的离子的等离子体中，使得所选择的表面被暴露；以及
所述蓝宝石部件被施加电压，使得所选择的离子被嵌入到所述蓝宝石部件中位于所选择的表面下方的所述目标深度处。
19.根据权利要求18所述的蓝宝石部件，其特征在于：在所述蓝宝石部件被加热以使所选择的离子扩散到更大的深度之后，附加的离子被嵌入到所选择的表面中。
20.根据权利要求19所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述附加的离子被嵌入在与加热所述蓝宝石部件之前所选择的离子被嵌入的目标深度不同的目标深度处。
21.根据权利要求19所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述附加的离子产生自与加热所述蓝宝石部件之前嵌入的所选择的离子的元素不同的元素。
22.根据权利要求17所述的蓝宝石部件，其特征在于：所述蓝宝石部件被掩蔽，使得所选择的表面暴露于所选择的离子，其中所述蓝宝石部件的至少一个其它表面被掩蔽，使得所选择的离子不被嵌入在所述至少一个其它表面中。
23.根据权利要求17所述的蓝宝石部件，其特征在于：
一束所选择的离子被定向到所述蓝宝石部件的所选择的表面上；以及
为所述离子束选择能量，使得所选择的离子被嵌入在所述蓝宝石部件内位于所选择的表面下方的所述目标深度处。
24.根据权利要求17所述的蓝宝石部件，其特征在于，所述蓝宝石部件还包括：
施加到所述蓝宝石部件的包含所选择的离子的离子糊剂；
电耦接到所述离子糊剂的端子，其中端子耦接到位于所述蓝宝石部件的所选择的表面上的所述离子糊剂；以及
其中所述端子被供应电流，使得所选择的离子被嵌入在所述蓝宝石部件内，位于所选择的表面下方的所述目标深度处。
25.一种移动设备，包括由根据权利要求17所述的蓝宝石部件形成的蓝宝石覆盖玻璃部件。
26.一种用于形成根据权利要求17所述的蓝宝石部件的装置，所述装置包括：
等离子体源，所述等离子体源被配置为产生包括所选择的离子的等离子体；
真空室，所述真空室用于将所述蓝宝石部件浸没在所述等离子体中，使得所选择的表面暴露于所选择的离子；
电极，所述电极与所述蓝宝石部件电荷连通以向所述蓝宝石部件施加电压；和
电源，所述电源用于在所述电极上产生电压，使得所选择的离子被嵌入到所述蓝宝石部件中位于所选择的表面下方的所述目标深度处。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述电源被配置为产生具有跨所述电极的梯度的电压，使得所述离子沿着所述梯度以不同深度或浓度被嵌入到所述蓝宝石部件的所选择的表面中。
28.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述真空室包括真空炉，所述真空炉用于加热所述蓝宝石部件以使所选择的离子在所述蓝宝石部件中扩散到更大的深度。
29.一种将离子注入蓝宝石部件中的系统，所述系统包括：
蓝宝石部件，离子糊剂施加到所述蓝宝石部件的两侧；
电耦接到所述离子糊剂的端子，其中端子耦接到位于所述蓝宝石的每一侧上的所述离子糊剂；
其中所述端子被供应电流；以及
其中交替变换所述端子的所述电流的方向。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于：
所述蓝宝石部件被加热；
其中，在加热所述蓝宝石部件之后，向所述端子供应附加电流；以及
其中，交替变换供应到所述端子的所述附加电流的方向。
31.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述电流包括直流电。
32.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述电流包括交流电。
33.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述电流由一个或多个电容器供应。
34.一种蓝宝石窗口，其特征在于，所述蓝宝石窗口包括：
包括中心部分的顶表面，所述顶表面被注入有离子以加强所述蓝宝石窗口的晶体结构；和
至少一个边缘表面，所述至少一个边缘表面被注入有离子，由此所述至少一个边缘表面大体上是不透明的，以减少进入所述蓝宝石窗口中的串扰。
35.根据权利要求34所述的蓝宝石窗口，其特征在于，注入在所述顶表面的所述中心部分中的所述离子的浓度与所述至少一个边缘表面中的离子的浓度不同。
36.根据权利要求34所述的蓝宝石窗口，其特征在于，不同的离子被注入在所述蓝宝石窗口的所述顶表面的所述中心部分和所述至少一个边缘表面中。
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