的一個或多個表面可被注入離子以幫助加強該部件。例如，具體地，頂表面102以及一個或多個邊緣104可被注入離子。在一些實施例中，表面諸如頂表面102可具有注入離子濃度梯度，其中各個區(qū)域具有不同的離子濃度和/或不同類型的離子。例如，頂表面102的周邊邊緣106具有的離子濃度可以比頂表面的中心108的離子濃度高。除此之外或另選地，頂表面102注入的離子濃度可以不同于邊緣104的離子濃度。另外，每個邊緣104可具有不同的離子濃度。
[0082]除此之外或另選地，頂表面102的周邊邊緣106可以注入與中心108的離子不同的離子。例如，周邊邊緣可以注入有鈦離子和/或鐵離子，而中心108可以注入有氮離子和/或氬離子。
[0083]應(yīng)當理解，也可以實施其它離子和/或其它離子的組合。邊緣104還可以被注入有與頂表面102的離子不同的離子，并且/或邊緣中的一個或多個邊緣可以被注入與另一邊緣的離子不同的離子。此外，頂表面和底表面可具有不同的離子濃度和/或不同的注入離子兩者。
[0084]圖2A示出離子注入系統(tǒng)110，該離子注入系統(tǒng)110將離子注入到藍寶石部件100中。一般來講，注入系統(tǒng)110可以根據(jù)常規(guī)技術(shù)操作。最初，多個部件100可以被定位在終端站112中，使得離子可以對準部件100并注入在部件100中。用于注入的離子開始于帶磁體115的離子源114處。離子源114包括室116(或陽極)和燈絲(或陰極)118。磁體115位于該離子源114的周圍。元素諸如鈦，氬，鐵，氮或其它元素，可以經(jīng)由元素源120饋送至室116中并被轉(zhuǎn)換成等離子體。在通過磁體124重定向之前并且通過質(zhì)量分析狹縫125過濾或分離之前，該元素被傳遞通過離子提取構(gòu)件/預(yù)加速單元122。隨后，離子被傳遞通過離子加速柱126。在沖擊部件之前，離子被傳遞通過磁四極透鏡128和電子掃描系統(tǒng)或單元130。
[0085]圖2B示出另選的離子注入系統(tǒng)110，該離子注入系統(tǒng)用于經(jīng)由等離子體離子浸沒工藝將離子注入藍寶石部件100。在圖2B的特定配置中，例如，注入系統(tǒng)110包括真空室型終端站112，用于將離子注入藍寶石(晶體氧化鋁或AlOx)部件100所選擇的表面，在那里從電子/離子等離子體131A生成所選擇的離子131。
[0086]注入離子131由等離子體離子源121供應(yīng)，該源被配置為產(chǎn)生電子/離子等離子131A，包括被選擇用于注入到藍寶石部件100中的特定離子131，例如鋁、氧、氮、氬、鎂、鈦、銅、鐵或鉻離子131，或它們的組合。真空室終端站112經(jīng)由真空導(dǎo)管或其它耦接部件132被耦接到等離子體源121。真空室112還可包括各種真空閥及栗部件133和134，以維持期望的低壓力，該低壓適于執(zhí)行藍寶石部件100的等離子體浸沒離子注入工藝。
[0087]如圖2B所示，覆蓋玻璃或其他藍寶石部件100被浸沒或暴露于等離子體131A，例如使用固定裝置或支撐構(gòu)件135，使得被選擇用于離子注入的表面101被暴露于所選擇的離子131。電極136被設(shè)置成與該部件100進行接觸或電荷連通，以用于施加電壓來將選定離子131從電子/離子等離子131A分開，并使離子131朝所選擇的表面101加速。
[0088]電源137被設(shè)置來在電極136上產(chǎn)生所選擇的注入電壓，例如負的操作電壓-Vo，幾千伏(kV)的絕對值量級(例如，約I千伏至約10千伏)或幾十或幾百千伏的量級(例如，約10千伏至約100千伏，或更多)，使得所選擇的離子131朝藍寶石部件100的注入表面101加速。在朝注入表面1I加速時，離子131獲得K = qVo的動能，其中q是離子電荷的絕對值，例如e，2e，3e，等等，并且其中e是電子上基本電荷的絕對值。
[0089]因此，該能量qVo表示離子注入能量，其可以通過選擇操作電壓Vo和電離電荷q(或電離電平)進行選擇，以在藍寶石部件100內(nèi)期望的目標深度(或在期望的目標深度范圍內(nèi))處注入離子131。注入深度是相對于所選擇的注入表面101來定義的，使得所選擇的離子131被注入在藍寶石部件100的注入表面101下方的目標深度處，或在相應(yīng)的目標深度范圍內(nèi)。該注入深度還取決于所選擇的離子131的大小和從藍寶石部件100的晶格中的原子分散的相應(yīng)橫截面，以及電離量級或電荷q。
[0090]例如，電源137可以脈沖直流模式操作，其中操作電壓-Vo被施加在電極136(和藍寶石部件100)上，持續(xù)由電子/離子等離子體131A的等離子體頻率所限定的相對較短的時間，例如幾微秒或更多(例如，大約I微秒或更小至約10微秒或更多)的量級。在直流脈沖期間，電子/離子等離子體131A中的電子，由于電極136施加在藍寶石部件100上的負電荷脈沖-Vo，被排斥遠離所選擇的離子注入表面101。
[0091]同時，所選擇的離子131朝藍寶石部件100加速，并且基于如上述注入能量、電荷、散射截面，被注入在所選擇的離子注入表面101下方期望的目標深度處或范圍內(nèi)。另選地，可以施加基本上恒定的直流電壓，持續(xù)基本上超過1-10微秒的注入時間，例如幾毫秒的量級，或者幾秒或以上的量級。例如，確定注入時間取決于離子選擇、等離子體密度、電荷數(shù)，以及相比于所需離子表面密度和目標深度所得到的藍寶石部件100靠近所選擇的離子注入表面101的壓縮應(yīng)力、顏色、透明度和不透明度的其它參數(shù)。
[0092]在一些設(shè)計中，該真空室終端站112還可包括加熱器138或被配置為用于為藍寶石部件100加熱的其它設(shè)備，例如，經(jīng)由利用固定裝置135的導(dǎo)電路徑，或通過經(jīng)由傳導(dǎo)、輻射和對流的組合將真空室112的內(nèi)部和藍寶石部件100—起加熱。在這些設(shè)計中，該藍寶石部件100可以被加熱至足夠的擴散溫度，使得所選擇的離子131在藍寶石部件100所選擇的表面101之下擴散到比目標深度更大的深度。
[0093]加熱可以在真空室112內(nèi)在低壓下、或在惰性氣氛中在高壓下進行。例如，藍寶石部件100可以被加熱到約500°C至約1800°C的擴散溫度，持續(xù)大約幾分鐘或幾小時的擴散期，使得所選擇的離子131在藍寶石部件100的所選擇的表面101之下，擴散到比目標深度更大的深度。一般來講，擴散離子將保持足以在如上所述的藍寶石部件100的所選擇的離子注入表面101中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的擴散濃度。
[0094]附加的離子131也可以被嵌入到所選擇的表面101中，該過程可以發(fā)生在加熱藍寶石部件100以令所選擇的離子131擴散到更大的深度之前或之后，或在加熱過程中都可。例如，附加的離子131可以被嵌入在原始目標深度處(例如，使用相同的注入能量或脈沖電壓Vo)，或到另一目標深度處(例如，使用不同的注入能量或脈沖電壓Vo)。相似地，附加的離子131，在藍寶石部件100被加熱到擴散溫度之前，在嵌入或注入到所選擇的表面101時，可由與原始離子131相同的元素產(chǎn)生。另選地，等離子體離子源121可經(jīng)配置以通過不同的元素產(chǎn)生所選擇的離子131，以用于在藍寶石部件100加熱到擴散溫度之前、期間或之后嵌入到所選擇的表面101。
[0095]電源137還可以被配置為產(chǎn)生跨整個電極136的具有梯度的操作電壓Vo，使得所選擇的離子131基于注入能量的相應(yīng)梯度以不同深度或濃度如沿著電壓梯度所限定的被嵌入到藍寶石部件100的所選擇的表面101中。例如，電極136可以被設(shè)置成分段形式，如圖2B所示，其中不同的電壓被施加到不同的電極分段，以便產(chǎn)生跨越該藍寶石部件100所選擇的表面101上的期望電壓梯度，從而以注入離子131的注入深度或密度產(chǎn)生對應(yīng)的梯度。
[0096]在附加的實例中，該藍寶石部件100可以被掩蔽，例如，通過利用電極136作為掩膜結(jié)構(gòu)，或使用不同的掩膜材料。在這些應(yīng)用中，所選擇的表面101暴露于電子/離子等離子體231中的離子131，而藍寶石部件100中的至少一個其它表面被掩蔽，使得離子131被嵌入到所選擇的表面101中，并且離子131不嵌入到藍寶石部件100的其它(被掩蔽的)表面中，因為其它表面被覆蓋了電極或其他掩膜元件136。
[0097]圖3示出了終端站112的支撐構(gòu)件140，該支撐構(gòu)件支撐該藍寶石部件100。支撐構(gòu)件140—般可包括兩個相對的結(jié)構(gòu)142，它們夾在藍寶石部件100上以固定該藍寶石部件。由于藍寶石的硬度，一般很少擔心相對的結(jié)構(gòu)142會損壞該藍寶石部件100。然而，在一些實施例中，一個或多個緩沖構(gòu)件可以設(shè)置在結(jié)構(gòu)142和藍寶石部100之間的接合部處。該支撐構(gòu)件140可被配置為移動和/或旋轉(zhuǎn)，使得該藍寶石部件100的多個側(cè)面可以暴露于離子中。應(yīng)該理解，在終端站中也可能有多個或許多支撐件，支撐著多個或許多藍寶石部件。
[0098]圖4-7是藍寶石部件100的例如沿如圖3的IV-1V線截取局部剖視圖。應(yīng)該理解，本申請的附圖中都沒有做到按比例縮放，僅僅旨在以說明性的方式呈現(xiàn)本文所闡述的概念。因此，附圖不應(yīng)被理解為限制性的或理解為表達了所說明項目的大小、尺寸或確切關(guān)系。[00"]圖4不出了在藍寶石部件100的晶格晶體結(jié)構(gòu)150。如上所討論的，在本尚子注入工藝中，離子可注入到晶格晶體結(jié)構(gòu)150的間隙空間152中。另選地，該離子可以取代藍寶石晶格中現(xiàn)有的原子或填充藍寶石晶格的空位，或離子可以嵌入，以便使嵌入?yún)^(qū)域的一部分的性質(zhì)為基本上無定形或非晶體的。
[0100]例如，離子可以穿透到主晶格層或晶格150中的位點，并且置換現(xiàn)有(例如，鋁或氧)原子，或占據(jù)主晶格150的空位置，使得注入的離子被設(shè)置在藍寶石部件100的主晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)。另選地，離子可以穿透到并占據(jù)間隙位點152，形成二次晶格結(jié)構(gòu)，如圖5所示。
[0101]圖5示出了注入到藍寶石部件100中的離子154，例如進入間隙空間152中。離子154注入間隙空間152(或以其它方式注入到藍寶石部件100)中可在藍寶石結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生壓縮層，有助于防止裂紋或缺陷在藍寶石部件100的表面內(nèi)擴展。
[0102]例如，注入的離子154可以如圖4所示占據(jù)間隙位點152，形成設(shè)置在部件100的主(例如，藍寶石)晶格內(nèi)或之間的第二晶格結(jié)構(gòu)或第