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。
[0082]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。
[0083]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。
[0084]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。
[0085]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。
[0086]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栗部件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。
[0087]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。
[0088]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-Vo，几千伏(kV)的绝对值量级(例如，约I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1I加速时，离子131获得K = qVo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。
[0089]因此，该能量qVo表示离子注入能量，其可以通过选择操作电压Vo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。
[0090]例如，电源137可以脉冲直流模式操作，其中操作电压-Vo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I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-Vo，被排斥远离所选择的离子注入表面101。
[0091]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。
[0092]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—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。
[0093]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°C至约1800°C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。
[0094]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Vo)，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Vo)。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。
[0095]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Vo，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。
[0096]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。
[0097]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—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。
[0098]图4-7是蓝宝石部件100的例如沿如图3的IV-1V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。[00"]图4不出了在蓝宝石部件100的晶格晶体结构150。如上所讨论的，在本尚子注入工艺中，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。
[0100]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。
[0101]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。
[0102]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