Safír je monokrystal oxidu hlinitého, patřící do trojdílné krystalové soustavy s hexagonální strukturou. Jeho krystalová struktura se skládá ze tří atomů kyslíku a dvou atomů hliníku, které jsou kovalentně uspořádané, se silným vazebným řetězcem a mřížkovou energií. Vnitřní krystal neobsahuje téměř žádné nečistoty ani defekty, takže má vynikající elektrickou izolaci, průhlednost, dobrou tepelnou vodivost a vysokou tuhost. Široce se používá jako optický okenní materiál a vysoce výkonný substrát. Molekulární struktura safíru je však složitá a existuje anizotropie, což má velmi odlišný vliv na odpovídající fyzikální vlastnosti při zpracování a použití v různých směrech krystalu, takže se liší i použití. Obecně jsou safírové substráty k dispozici v rovinách C, R, A a M.
AplikaceSafírová destička v rovině C
Gallium nitrid (GaN) je polovodič třetí generace s širokým zakázaným pásmem, má širokou přímou zakázanou pásmovou mezeru, silnou atomovou vazbu, vysokou tepelnou vodivost, dobrou chemickou stabilitu (téměř nekoroduje žádnou kyselinou) a silnou odolnost proti záření a má široké perspektivy v aplikacích optoelektroniky, vysokoteplotních a výkonových zařízení a vysokofrekvenčních mikrovlnných zařízení. Vzhledem k vysokému bodu tání GaN je však obtížné získat velkoobjemové monokrystalické materiály, takže běžným způsobem je provádět heteroepitaxní růst na jiných substrátech, což má vyšší požadavky na substrátové materiály.
Ve srovnání ssafírový substrátu jiných krystalových ploch je míra nesouladu mřížkových konstant mezi safírovým plátkem v rovině C (orientace <0001>) a filmy nanesenými ve skupinách Ⅲ-Ⅴ a Ⅱ-Ⅵ (jako je GaN) relativně malá a míra nesouladu mřížkových konstant mezi nimi aAlN fólieVrstva, která může být použita jako mezivrstva, je ještě menší a splňuje požadavky na odolnost vůči vysokým teplotám v procesu krystalizace GaN. Proto je běžným substrátovým materiálem pro růst GaN, který lze použít k výrobě bílých/modrých/zelených LED diod, laserových diod, infračervených detektorů atd.
Za zmínku stojí, že film GaN pěstovaný na safírovém substrátu v rovině C roste podél své polární osy, tj. ve směru osy C, což je nejen proces zralého růstu a epitaxe, relativně nízké náklady, stabilní fyzikální a chemické vlastnosti, ale také lepší zpracovatelský výkon. Atomy v safírové destičce s orientací C jsou vázány v uspořádání O-al-al-o-al-O, zatímco safírové krystaly s orientací M a orientací A jsou vázány v uspořádání al-O-al-O. Protože Al-Al má ve srovnání se safírovými krystaly s orientací M a orientací A nižší vazebnou energii a slabší vazbu než Al-O, zpracování safíru s orientací M a orientací A spočívá hlavně v otevření klíče Al-Al, který se snáze zpracovává a umožňuje dosáhnout vyšší kvality povrchu, a následně i lepší epitaxní kvality nitridu galia, což může zlepšit kvalitu ultra-vysokojasných bílých/modrých LED. Na druhou stranu, filmy pěstované podél osy C mají spontánní a piezoelektrické polarizační efekty, což vede k silnému vnitřnímu elektrickému poli uvnitř filmů (kvantové jámy aktivní vrstvy), což výrazně snižuje světelnou účinnost GaN filmů.
Safírová destička v rovině Aaplikace
Díky svému vynikajícímu komplexnímu výkonu, zejména vynikající propustnosti, může safírový monokrystal zesílit efekt pronikání infračerveného záření a stát se ideálním okenním materiálem ve střední infračervené oblasti, který se široce používá ve vojenských fotoelektrických zařízeních. Safír A je polární rovina (rovina C) v normálovém směru plochy, což znamená, že má nepolární povrch. Obecně je kvalita safírového krystalu orientovaného v A lepší než u safírového krystalu orientovaného v C, s menší dislokací, menší mozaikovou strukturou a kompletnější krystalovou strukturou, takže má lepší propustnost světla. Zároveň je díky atomovému režimu vazby Al-O-Al-O v rovině a tvrdost a odolnost proti opotřebení safíru orientovaného v A výrazně vyšší než u safíru orientovaného v C. Proto se jako okenní materiály nejčastěji používají safírové třísky orientované v A; Safír A má navíc rovnoměrnou dielektrickou konstantu a vysoké izolační vlastnosti, takže jej lze použít v hybridní mikroelektronice, ale také pro růst vynikajících vodičů, jako je použití TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, růst heterogenních epitaxních supravodivých filmů na kompozitním substrátu safíru z oxidu ceričitého (CeO2). Nicméně kvůli vysoké vazebné energii Al-O je obtížnější jej zpracovat.
AplikaceR/M rovinný safírový wafer
R-rovina je nepolární povrch safíru, takže změna polohy R-roviny v safírovém zařízení mu dává různé mechanické, tepelné, elektrické a optické vlastnosti. Obecně je safírový substrát s R-povrchem preferován pro heteroepitaxní depozici křemíku, zejména pro polovodičové, mikrovlnné a mikroelektronické integrované obvody, při výrobě olova, dalších supravodivých součástek, vysokoodporových rezistorů a arsenid galia lze také použít pro růst substrátu typu R. V současné době, s popularitou chytrých telefonů a tabletových počítačových systémů, safírový substrát s R-povrchem nahradil stávající složená SAW zařízení používaná pro chytré telefony a tabletové počítače a poskytuje substrát pro zařízení, která mohou zlepšit výkon.
V případě porušení kontaktujte smazání
Čas zveřejnění: 16. července 2024