二晶格層，如圖5所示。另選地，注入的離子154可以占據(jù)主晶格150中的位點，如上所述。注入的離子154還可以在晶格結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生局部破壞，在藍寶石部件100周圍的主晶格150內(nèi)，在嵌入離子區(qū)形成無定形(非晶體的)材料的局部區(qū)域。注入的離子可以是+1離子，+2離子，或另一種離子水平。
[0103]圖6示出了表面102中的壓縮層160和裂紋162或缺陷。注入的離子154向晶格晶體結(jié)構(gòu)提供的壓縮防止了裂紋162擴展。因此，注入的離子有助于保持藍寶石部件的完整性，例如，諸如藍寶石部件沖擊硬質(zhì)表面的跌落事件等的應(yīng)力會產(chǎn)生缺陷或裂紋。
[0104]圖7示出了藍寶石部件100的頂表面102以及底表面103，并具有通過離子注入產(chǎn)生的壓縮層160。在一些實施例中，頂表面102和/或頂表面的一部分可以被注入與底表面103的離子不同的離子和/或不同濃度的離子。應(yīng)當理解，在其它實施例中，這些表面中的一個表面可能不可以被注入離子。這種情況可能是因為，這些表面中的一個表面不從外部而從設(shè)備殼體露出，因此限制了其暴露于引起沖擊和其他運作效果的缺陷。
[0105]注入離子的濃度一般來講可以是約113至約119離子/cm2。然而，在一些實施例中，濃度可以大于或小于該范圍。
[0106]圖8示出了曲線圖170，圖中繪制出藍寶石部件中強度與離子濃度的關(guān)系。具體地，水平軸線表示注入離子的濃度，并且豎直軸線示出藍寶石結(jié)構(gòu)的強度。如曲線172所示，當離子注入到一定濃度，藍寶石結(jié)構(gòu)的強度增加，在超過濃度的閾值水平之后開始降低。為說明的目的，約113離子/cm2的離子濃度可以處于或接近水平軸線上第一標記174，而約119離子/平方厘米的離子濃度可處于或接近第二標記176處。一般來講，離子的濃度應(yīng)處于提供增強強度的一定水平。如曲線172所示，過高的濃度可能降低藍寶石的強度。
[0107]雖然上述許多討論涉及的是藍寶石部件100的表面，但是應(yīng)當理解，藍寶石部件的邊緣104也可以進行離子注入，而上述討論也同樣適用于藍寶石部件100的邊緣104。具體地，圖3的支撐構(gòu)件140可以被配置為以一種方式夾持該藍寶石部件100，該方式允許邊緣受到離子流的沖擊，如圖9所示。邊緣104可以用相同或不同濃度注入與頂表面102和/或底表面103的離子相同或不同的離子。支撐構(gòu)件140可以被配置為旋轉(zhuǎn)，使得藍寶石部件100的所有邊緣104都可以暴露于離子注入。此外，支撐構(gòu)件140可被配置為在不同方向上移動，以適應(yīng)邊緣形狀。例如，支撐構(gòu)件140可傾斜，使得離子可以更直接地沖擊直線邊緣或斜切邊緣，或其它邊緣結(jié)構(gòu)。
[0108]圖10示出藍寶石構(gòu)件的斜切邊緣180。另外，該斜切邊緣上的曲線182示出了離子注入的相對濃度。如圖所示，離子可以更集中在或靠近邊緣180的平坦部分，因為它可以最直接地接收到離子流。邊緣180的傾斜部分可以具有較低濃度的離子。然而，在一些實施例中，該濃度可以在整個邊緣180的所有部分都一致。例如，在支撐構(gòu)件140能夠傾斜的實施例中，傾斜的邊緣可以直接受到離子流的沖擊，并且離子濃度可以在整個邊緣180上變化，或在整個邊緣180上基本上一致或基本上相同。
[0109]離子注入限制的一種可能是處理深度。一般來講，離子注入可能被限制在大約I微米的最大深度，由相對于注入表面限定。因此，存在這樣的風(fēng)險:加工缺陷或操作損壞可能引起劃痕或缺陷，其穿透材料表面的深度比被處理層更深，從而限制其在防止裂紋擴展方面的有效性。為了改善該工藝，離子注入完成以后，可以在每個注入步驟之間連續(xù)進行高溫?zé)崽幚恚蛟谝粋€或多個連續(xù)注入步驟之間完成。
[0110]在這些實施例中，一次注入完成后，可導(dǎo)致晶格應(yīng)變到一個深度x。通過在高溫下處理該材料，擴散將允許注入的離子擴散到材料內(nèi)更深的深度χ+y，同時降低離子在表面上的濃度。接下來可進行又一次注入步驟以再次提高表面上的離子濃度水平。這些步驟可以重復(fù)進行，以產(chǎn)生一個最終處理層，其將具有與常規(guī)單一處理相同的表面應(yīng)力水平，但比其它方式具有更大的離子穿透深度。
[0111]圖11示出了離子通過加熱步驟擴散到更深的晶格層?？商峁嵩?90來加熱表面102或加熱該藍寶石部件100。當藍寶石部件被加熱時，晶格結(jié)構(gòu)150會變松弛，并且離子154可以擴散到晶格結(jié)構(gòu)的更深的層中。在一些實施例中，終端站112或真空室(圖2A或圖2B)可以作為一個烘箱，或者可以以其他方式被加熱，使得藍寶石部件100不在加熱和注入步驟之間移動。在其它實施例中，多批藍寶石部件可以交錯并在加熱和離子注入步驟之間交替，使得當一個批次在終端站112時，另一批次可以被加熱，例如在終端站112外面的烘箱內(nèi)，或在終端站烘箱112內(nèi)。
[0112]擴散可使外層中離子的濃度降低、接近或鄰近注入表面中離子的濃度。這樣，可以用隨后的離子注入步驟來補充離子到外層中，如圖12所示。通過注入和加熱步驟的結(jié)合，離子可以注入更深的晶格結(jié)構(gòu)，以幫助防止缺陷在表面之下的層處擴展。
[0113]在一些實施例中，可以實施多個加熱器和/或多個離子注入系統(tǒng)。在一個實施例中，第一離子注入器可注入第一元素的離子，并且第二離子注入器可以注入第二元素的離子，以達到期望的效果。在每個離子注入步驟之間，或在兩個或多個連續(xù)的離子注入步驟之間，可以用加熱器幫助擴散先前注入的離子。
[0114]圖13示出了離子注入之后的部件100，其中頂表面102的第一區(qū)域200被注入的離子染色(例如，變黑或給予另一種顏色)，并且第二區(qū)域202保持基本上澄清或透明。一般來講，第一區(qū)域200可包括頂表面102的周邊部分，并且第二區(qū)域202可包括頂表面的中心部分。在一些實施例中，可以在離子注入過程中使用掩膜，以創(chuàng)建不同的(例如，透明和彩色的)區(qū)域。
[0115]從工藝的角度來看，離子注入可在后處理退火之后和裝飾之前進行，因為注入可能會損壞或影響任何表面油墨或涂料，并且可以預(yù)計在缺陷最少的表面會獲得最成功的效果。圖14是根據(jù)本公開的實施例的處理藍寶石部件的方法210。
[0116]最初，藍寶石晶體生長(方框212)。然后藍寶石晶體可被切割(方框214)以形成藍寶石部件，然后通過退火過程(方框216)。藍寶石部件的一個或多個表面可隨后被離子注入的離子流中的離子轟擊(方框218)。在離子注入期間，藍寶石部件的位置可以相對于離子流進行調(diào)控以恰當將離子注入到每個所需的表面。另外，藍寶石部件的某些區(qū)域可以在一個或多個離子注入步驟期間被掩蔽，以達到所需的濃度，和/或期望的所選擇的離子注入到某些區(qū)域，而不注入其它區(qū)域。接下來，藍寶石部件可被加熱以使離子擴散到更深的晶格層(方框220)。
[0117]加熱后，藍寶石部件可再次被離子轟擊(方框222)。離子注入、操縱、掩蔽，和加熱/擴散步驟可以以任何順序、數(shù)量或組合進行重復(fù)，以達到期望的離子選擇、注入深度、濃度、顏色和其它性質(zhì)。
[0118]隨后，可以執(zhí)行后處理步驟如油墨掩膜應(yīng)用(方框224)。通常，離子注入之后不大可能會有拋光步驟，原因是為了保持壓縮應(yīng)力和其它所需的性質(zhì)。另選地，在離子注入到表面中之后，可以進行光拋光步驟或其它注入后表面加工工藝。
[0119]還可實施其它技術(shù)以填隙或以其它方式將離子注入藍寶石的晶格結(jié)構(gòu)。例如，在一些實施例中，藍寶石構(gòu)件可涂覆有離子漿液或糊劑，并且電流可以被施加到該漿料中，以便將所選擇的離子嵌入在所選擇的表面中，到選定的深度。另選地，可以利用如上所述的等離子體浸沒工藝，無論是單獨使用或與離子束沉積、離子漿料或其它離子沉積方法相組合。
[0120]圖15示出了離子漿液法。特別地，顯示了藍寶石構(gòu)件230，其中離子糊劑232被涂覆在藍寶石構(gòu)件230的一側(cè)102或兩側(cè)(或每側(cè))103上。電子端子234(例如，具有相反的電壓土Vo的單獨的、一體的或唯一的端子)電耦接至離子糊劑232或藍寶石構(gòu)件230，并且電流± 10通過端子234被施加到離子糊劑，例如利用電流源或電源238。
[0121]具體地，端子234可以施加相反的電荷或電壓土Vo到藍寶石構(gòu)件230的不同(例如，主要相對的)側(cè)102，103上，使得離子流過所選擇的注入表面(例如，頂表面102或底表面103)。端子234的電荷或偏壓電壓可以在一定程度上比離子束和等離子體沉積工藝中低，并且也可以被交替，使得離子糊劑232中的離子被注入到所述藍寶石部件或構(gòu)件230的每側(cè)102和103中，或注入藍寶石構(gòu)件230的邊緣中，或注入藍寶石構(gòu)件230的側(cè)102，103和邊緣104的組合。即，陰極和陽極可被切換(或也可以使用一個接地端子234和帶電壓±%的另一端子234)，以提供交流(AC)或直流(DC)偏壓，以用于將離子糊劑或漿液232中的離子注入到藍寶石構(gòu)件230的所選擇的側(cè)102，103和/或邊緣104。
[0122]圖16示出了端子234的偏壓產(chǎn)生沿著箭頭236方向的(例如，正的)離子流?？梢允褂萌魏魏线m的電源238來施加電流± 1到離子糊劑232。例如，在一些實施例中，交變電流(AC) ±1可被施加到離子糊劑232來注入離子。在其他實施例中，直流(DC) ±1可施加到離子糊劑232，并且端子234的極性可以周期性地切換。在另外的其他實施例中，電源238中可包括一個或多個開關(guān)電容器，并用于為終端234提供脈沖電荷。
[0123]—般來講，擴散進入藍寶石構(gòu)件230可比擴散出藍寶石構(gòu)件的速度更快，使得該方法完成后有離子被注入藍寶石，例如填隙式或通過取代進入晶格。另選地，離子可占據(jù)空晶格位點，或者在晶體晶格內(nèi)形成基本上無定形結(jié)構(gòu)的區(qū)域。離子糊劑232可包括至少一種離子元素和用于所選擇的離子元素的合適介質(zhì)(或多種合適的介質(zhì))。所選擇的離子或離子元素的尺寸和化學(xué)性質(zhì)可以與如上所述的磁體四極透鏡和等離子體浸沒系統(tǒng)的離子大致相同或相似。
[0124]應(yīng)當理解，圖15和16中所示的離子注入系統(tǒng)也可連同上述加熱步驟一起實施，以幫助離子進一步擴散到藍寶石的晶格晶體結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，在離子糊劑232仍位于藍寶石構(gòu)件2