Сапфір — це монокристал оксиду алюмінію, що належить до тричастинкової кристалічної системи з гексагональною структурою. Його кристалічна структура складається з трьох атомів кисню та двох атомів алюмінію, що утворюють ковалентні зв'язки, розташованих дуже щільно, з міцним ланцюгом зв'язку та енергією решітки, а всередині кристала майже немає домішок чи дефектів, тому він має чудову електроізоляцію, прозорість, добру теплопровідність та високу жорсткість. Широко використовується як матеріал для оптичних вікон та високоефективних підкладок. Однак молекулярна структура сапфіру складна, існує анізотропія, і вплив на відповідні фізичні властивості також дуже різний залежно від обробки та використання різних кристалічних напрямків, тому використання також різне. Загалом, сапфірові підкладки доступні в напрямках площин C, R, A та M.
ЗастосуванняСапфірова пластина C-площини
Нітрид галію (GaN) як широкозонний напівпровідник третього покоління має широку заборонену зону, міцний атомний зв'язок, високу теплопровідність, добру хімічну стабільність (майже не піддається корозії під дією будь-яких кислот) та сильну стійкість до опромінення, що має широкі перспективи в застосуванні в оптоелектроніці, високотемпературних та потужних пристроях, а також високочастотних мікрохвильових пристроях. Однак через високу температуру плавлення GaN важко отримати монокристалічні матеріали великого розміру, тому поширеним способом є гетероепітаксійне вирощування на інших підкладках, що має вищі вимоги до матеріалів підкладок.
Порівняно зсапфірова підкладказ іншими гранями кристалів коефіцієнт невідповідності постійної решітки між сапфіровою пластиною C-площини (орієнтація <0001>) та плівками, нанесеними в групах Ⅲ-Ⅴ та Ⅱ-Ⅵ (такими як GaN), є відносно невеликим, а коефіцієнт невідповідності постійної решітки між ними двома таПлівки AlNякий можна використовувати як буферний шар, ще менший і відповідає вимогам стійкості до високих температур у процесі кристалізації GaN. Таким чином, це поширений матеріал підкладки для вирощування GaN, який можна використовувати для виготовлення білих/синіх/зелених світлодіодів, лазерних діодів, інфрачервоних детекторів тощо.
Варто зазначити, що плівка GaN, вирощена на сапфіровій підкладці в площині C, зростає вздовж своєї полярної осі, тобто напрямку осі C, що є не тільки зрілим процесом росту та епітаксії, відносно низькою вартістю, стабільними фізичними та хімічними властивостями, але й кращою продуктивністю обробки. Атоми C-орієнтованої сапфірової пластини пов'язані в розташуванні O-al-al-o-al-O, тоді як M-орієнтовані та A-орієнтовані кристали сапфіру пов'язані в al-O-al-O. Оскільки Al-Al має нижчу енергію зв'язку та слабший зв'язок, ніж Al-O, порівняно з M-орієнтованими та A-орієнтованими кристалами сапфіру, обробка C-сапфіру в основному полягає у відкритті ключа Al-Al, який легше обробляти та може отримати вищу якість поверхні, а потім отримати кращу якість епітаксії нітриду галію, що може покращити якість білого/синього світлодіода надвисокої яскравості. З іншого боку, плівки, вирощені вздовж осі C, мають спонтанні та п'єзоелектричні поляризаційні ефекти, що призводить до сильного внутрішнього електричного поля всередині плівок (квантові ями активного шару), що значно знижує світлову ефективність плівок GaN.
Сапфірова пластина площини Азастосування
Завдяки своїм чудовим комплексним характеристикам, особливо чудовому пропусканню світла, монокристал сапфіру може посилити ефект проникнення інфрачервоного випромінювання та стати ідеальним віконним матеріалом у середньому інфрачервоному діапазоні, який широко використовується у військовому фотоелектричному обладнанні. Де сапфір A знаходиться в полярній площині (площині C) у перпендикулярному напрямку до грані, це неполярна поверхня. Загалом, якість сапфірового кристала з орієнтацією A краща, ніж у сапфіра з орієнтацією C, з меншими дислокаціями, меншою мозаїчною структурою та більш повною кристалічною структурою, тому він має кращу світлопроникність. Водночас, завдяки атомному зв'язку Al-O-Al-O в площині a, твердість та зносостійкість сапфіра з орієнтацією A значно вищі, ніж у сапфіра з орієнтацією C. Тому кристали з орієнтацією A здебільшого використовуються як віконні матеріали; Крім того, сапфір А має рівномірну діелектричну проникність та високі ізоляційні властивості, тому його можна застосовувати в гібридній мікроелектроніці, а також для вирощування чудових провідників, таких як використання TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, вирощування гетерогенних епітаксійних надпровідних плівок на композитній підкладці з оксиду церію (CeO2) сапфіру. Однак, через велику енергію зв'язку Al-O, його важче обробляти.
ЗастосуванняПлоска сапфірова пластина R/M
R-площина — це неполярна поверхня сапфіру, тому зміна положення R-площини в сапфіровому пристрої надає йому різних механічних, теплових, електричних та оптичних властивостей. Загалом, сапфірова підкладка з R-поверхнею є кращою для гетероепітаксіального осадження кремнію, головним чином для напівпровідникових, мікрохвильових та мікроелектронних інтегральних схем, у виробництві свинцю, інших надпровідних компонентів, високоомних резисторів, арсенід галію також може бути використаний для вирощування підкладок R-типу. Наразі, з популярністю смартфонів та планшетних комп'ютерних систем, сапфірова підкладка з R-поверхнею замінила існуючі складні пристрої SAW, що використовуються для смартфонів та планшетних комп'ютерів, забезпечуючи підкладку для пристроїв, які можуть покращити продуктивність.
Якщо є порушення, зв'яжіться з нами для видалення
Час публікації: 16 липня 2024 р.