Zafír je monokryštál oxidu hlinitého, patrí do trojdielnej kryštálovej sústavy so šesťuholníkovou štruktúrou. Jeho kryštálová štruktúra sa skladá z troch atómov kyslíka a dvoch atómov hliníka v kovalentnej väzbe, ktoré sú usporiadané veľmi blízko seba, so silným väzbovým reťazcom a mriežkovou energiou. Vnútro kryštálu neobsahuje takmer žiadne nečistoty ani defekty, takže má vynikajúce elektrické izolačné vlastnosti, transparentnosť, dobrú tepelnú vodivosť a vysokú tuhosť. Široko sa používa ako optický okenný a vysoko výkonný substrátový materiál. Molekulárna štruktúra zafíru je však zložitá a existuje anizotropia, čo má veľmi odlišný vplyv na zodpovedajúce fyzikálne vlastnosti pri spracovaní a použití v rôznych kryštálových smeroch, takže aj použitie je odlišné. Vo všeobecnosti sú zafírové substráty dostupné v rovinách C, R, A a M.
AplikáciaZafírový plátok v rovine C
Nitrid gália (GaN) ako polovodič tretej generácie so širokou zakázanou pásmovou medzerou má širokú priamu zakázanú pásmovú medzeru, silnú atómovú väzbu, vysokú tepelnú vodivosť, dobrú chemickú stabilitu (takmer nekoroduje žiadnou kyselinou) a silnú odolnosť voči žiareniu a má široké perspektívy v aplikáciách optoelektroniky, vysokoteplotných a výkonových zariadení a vysokofrekvenčných mikrovlnných zariadení. Vzhľadom na vysoký bod topenia GaN je však ťažké získať veľkoplošné monokryštálové materiály, takže bežným spôsobom je heteroepitaxný rast na iných substrátoch, čo má vyššie požiadavky na substrátové materiály.
V porovnaní szafírový substrátpri iných kryštálových plochách je miera nesúladu mriežkových konštánt medzi zafírovou doštičkou v rovine C (orientácia <0001>) a filmami nanesenými v skupinách Ⅲ-Ⅴ a Ⅱ-Ⅵ (ako napríklad GaN) relatívne malá a miera nesúladu mriežkových konštánt medzi nimi aAlN fólieVrstva, ktorá sa môže použiť ako tlmiaca vrstva, je ešte menšia a spĺňa požiadavky na odolnosť voči vysokej teplote v procese kryštalizácie GaN. Preto je bežným substrátovým materiálom pre rast GaN, ktorý sa môže použiť na výrobu bielych/modrých/zelených LED diód, laserových diód, infračervených detektorov atď.
Za zmienku stojí, že film GaN vypestovaný na zafírovom substráte v rovine C rastie pozdĺž svojej polárnej osi, teda v smere osi C, čo je nielen proces zrelého rastu a epitaxie, relatívne nízke náklady, stabilné fyzikálne a chemické vlastnosti, ale aj lepší spracovateľský výkon. Atómy zafírového kryštálu s orientáciou C sú viazané v usporiadaní O-al-al-o-al-O, zatiaľ čo zafírové kryštály s orientáciou M a orientáciou A sú viazané v usporiadaní al-O-al-O. Pretože Al-Al má nižšiu väzbovú energiu a slabšiu väzbu ako Al-O v porovnaní so zafírovými kryštálmi s orientáciou M a orientáciou A, spracovanie zafíru C spočíva hlavne v otvorení kľúča Al-Al, ktorý sa ľahšie spracováva a umožňuje dosiahnuť vyššiu kvalitu povrchu, a následne lepšiu epitaxnú kvalitu nitridu gália, čo môže zlepšiť kvalitu bielo-modrej LED diódy s ultra vysokým jasom. Na druhej strane, filmy pestované pozdĺž osi C majú spontánne a piezoelektrické polarizačné efekty, čo vedie k silnému vnútornému elektrickému poľu vo vnútri filmov (kvantové jamy aktívnej vrstvy), čo výrazne znižuje svetelnú účinnosť GaN filmov.
Zafírová doštička v rovine Aaplikácia
Vďaka svojmu vynikajúcemu komplexnému výkonu, najmä vynikajúcej priepustnosti, môže zafírový monokryštál zvýšiť efekt penetrácie infračerveného žiarenia a stať sa ideálnym okenným materiálom v strednej infračervenej oblasti, ktorý sa široko používa vo vojenských fotoelektrických zariadeniach. Zafír A je polárna rovina (rovina C) v normále k ploche, čo znamená, že ide o nepolárny povrch. Vo všeobecnosti je kvalita zafírového kryštálu s orientáciou A lepšia ako u zafírového kryštálu s orientáciou C, s menšími dislokáciami, menšou mozaikovou štruktúrou a úplnejšou kryštálovou štruktúrou, takže má lepšiu priepustnosť svetla. Zároveň vďaka atómovému väzbovému módu Al-O-Al-O v rovine a je tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu zafíru s orientáciou A výrazne vyššia ako u zafíru s orientáciou C. Preto sa ako okenné materiály najčastejšie používajú triesky s orientáciou A; Okrem toho má zafír A rovnomernú dielektrickú konštantu a vysoké izolačné vlastnosti, takže sa dá použiť v hybridnej mikroelektronickej technológii, ale aj na rast vynikajúcich vodičov, ako je napríklad použitie TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, rast heterogénnych epitaxných supravodivých filmov na kompozitnom substráte zo zafíru z oxidu céru (CeO2). Avšak kvôli vysokej väzbovej energii Al-O je aj jeho spracovanie ťažšie.
AplikáciaR/M rovinný zafírový plátok
R-rovina je nepolárna plocha zafíru, takže zmena polohy roviny R v zafírovom zariadení mu dáva rôzne mechanické, tepelné, elektrické a optické vlastnosti. Vo všeobecnosti je zafírový substrát s povrchom R preferovaný na heteroepitaxné nanášanie kremíka, najmä pre polovodičové, mikrovlnné a mikroelektronické integrované obvody, pri výrobe olova, iných supravodivých komponentov, vysokoodporových rezistorov a arzenid gália sa môže použiť aj na rast substrátu typu R. V súčasnosti, s popularitou smartfónov a tabletových počítačových systémov, zafírový substrát s povrchom R nahradil existujúce zložené SAW zariadenia používané pre smartfóny a tabletové počítače a poskytuje substrát pre zariadenia, ktoré môžu zlepšiť výkon.
V prípade porušenia kontaktujte vymazanie
Čas uverejnenia: 16. júla 2024