Szafir jest monokryształem tlenku glinu, należy do trójdzielnego układu krystalicznego o strukturze heksagonalnej. Jego struktura krystaliczna składa się z trzech atomów tlenu i dwóch atomów glinu w wiązaniach kowalencyjnych, ułożonych bardzo ciasno, z silnym łańcuchem wiązań i energią sieci krystalicznej. Wnętrze kryształu jest praktycznie pozbawione zanieczyszczeń i defektów, dzięki czemu charakteryzuje się doskonałą izolacją elektryczną, przezroczystością, dobrym przewodnictwem cieplnym i wysoką sztywnością. Szafir jest szeroko stosowany jako materiał na okna optyczne i podłoża o wysokiej wydajności. Struktura molekularna szafiru jest jednak złożona i występuje w niej anizotropia, a wpływ na odpowiadające mu właściwości fizyczne jest również bardzo różny w zależności od kierunku przetwarzania i zastosowania kryształu, co przekłada się na różne jego zastosowania. Ogólnie rzecz biorąc, podłoża szafirowe są dostępne w kierunkach płaszczyzn C, R, A i M.
ZastosowaniePłytka szafirowa C-plane
Azotek galu (GaN), jako półprzewodnik trzeciej generacji o szerokiej przerwie energetycznej, charakteryzuje się szeroką przerwą energetyczną, silnym wiązaniem atomowym, wysoką przewodnością cieplną, dobrą stabilnością chemiczną (prawie nie ulega korozji pod wpływem kwasów) oraz silną odpornością na promieniowanie. Ma szerokie perspektywy zastosowania w optoelektronice, urządzeniach wysokotemperaturowych i energetycznych oraz urządzeniach mikrofalowych wysokiej częstotliwości. Jednak ze względu na wysoką temperaturę topnienia GaN, trudno jest uzyskać monokrystaliczne materiały o dużych rozmiarach, dlatego powszechną metodą jest wzrost heteroepitaksji na innych podłożach, co wiąże się z wyższymi wymaganiami dla materiałów podłoża.
W porównaniu zpodłoże szafirowew przypadku innych powierzchni kryształu współczynnik niedopasowania stałej sieci pomiędzy płytką szafirową o płaszczyźnie C (orientacja <0001>) a warstwami osadzonymi w grupach III-III i III-III (takimi jak GaN) jest stosunkowo niewielki, a współczynnik niedopasowania stałej sieci pomiędzy tymi dwoma iFolie AlNktóry może być użyty jako warstwa buforowa jest jeszcze mniejszy i spełnia wymagania wysokiej odporności na temperaturę w procesie krystalizacji GaN. Dlatego jest to powszechny materiał podłoża do wzrostu GaN, który może być używany do produkcji białych/niebieskich/zielonych diod LED, diod laserowych, detektorów podczerwieni i tak dalej.
Warto wspomnieć, że warstwa GaN wyhodowana na podłożu szafirowym w płaszczyźnie C rośnie wzdłuż swojej osi biegunowej, czyli kierunku osi C, co oznacza nie tylko dojrzały proces wzrostu i epitaksji, stosunkowo niskie koszty, stabilne właściwości fizyczne i chemiczne, ale także lepszą wydajność przetwarzania. Atomy wafla szafirowego zorientowanego na C są połączone w układzie O-al-al-o-al-O, podczas gdy kryształy szafiru zorientowane na M i A są połączone w układzie Al-O-al-O. Ponieważ Al-Al ma niższą energię wiązania i słabsze wiązanie niż Al-O, w porównaniu z kryształami szafiru zorientowanymi na M i A, obróbka szafiru C polega głównie na otwarciu klucza Al-Al, który jest łatwiejszy w obróbce i może uzyskać wyższą jakość powierzchni, a następnie uzyskać lepszą jakość epitaksjalną azotku galu, co może poprawić jakość ultrajasnych białych/niebieskich diod LED. Z drugiej strony, warstwy wytworzone wzdłuż osi C wykazują spontaniczne i piezoelektryczne efekty polaryzacji, co skutkuje powstaniem silnego wewnętrznego pola elektrycznego wewnątrz warstw (aktywne warstwy studni kwantowych), co znacznie zmniejsza wydajność świetlną warstw GaN.
Płytka szafirowa typu Aaplikacja
Ze względu na jego doskonałe kompleksowe działanie, szczególnie doskonałą transmisję, monokryształ szafiru może zwiększyć efekt penetracji podczerwieni i stać się idealnym materiałem okiennym dla średniej podczerwieni, który jest szeroko stosowany w wojskowym sprzęcie fotoelektrycznym. Gdzie szafir jest płaszczyzną polarną (płaszczyzną C) w kierunku normalnym do twarzy, jest powierzchnią niepolarną. Ogólnie rzecz biorąc, jakość kryształu szafiru zorientowanego A jest lepsza niż kryształu zorientowanego C, z mniejszą dyslokacją, mniejszą strukturą mozaikową i bardziej kompletną strukturą krystaliczną, więc ma lepszą wydajność transmisji światła. Jednocześnie, ze względu na tryb wiązania atomowego Al-O-Al-O na płaszczyźnie a, twardość i odporność na zużycie szafiru zorientowanego A są znacznie wyższe niż szafiru zorientowanego C. Dlatego chipy kierunkowe A są najczęściej używane jako materiały okienne; Ponadto szafir A charakteryzuje się jednorodną stałą dielektryczną i wysokimi właściwościami izolacyjnymi, dzięki czemu może być stosowany w hybrydowej technologii mikroelektronicznej, a także do produkcji doskonałych przewodników, takich jak TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, czy do produkcji heterogenicznych epitaksjalnych warstw nadprzewodzących na podłożu kompozytowym z tlenku ceru (CeO2) i szafiru. Jednak ze względu na wysoką energię wiązania Al-O, jest on trudniejszy w obróbce.
ZastosowaniePłytka szafirowa R/M
Płaszczyzna R to niepolarna powierzchnia szafiru, dlatego zmiana jej położenia w urządzeniu szafirowym nadaje mu różne właściwości mechaniczne, termiczne, elektryczne i optyczne. Zasadniczo podłoże szafirowe o powierzchni R jest preferowane do heteroepitaksjalnego osadzania krzemu, głównie w zastosowaniach w półprzewodnikach, układach scalonych mikrofalowych i mikroelektronice, w produkcji ołowiu, innych elementów nadprzewodzących, rezystorów o wysokiej rezystancji, a arsenek galu może być również stosowany do wzrostu podłoża typu R. Obecnie, wraz z popularnością smartfonów i tabletów, podłoże szafirowe o powierzchni R zastąpiło istniejące złożone układy SAW stosowane w smartfonach i tabletach, zapewniając podłoże dla urządzeń, które mogą poprawić wydajność.
W przypadku naruszenia skontaktuj się z nami, aby usunąć
Czas publikacji: 16-07-2024
