Safir är en enkristall av aluminiumoxid, tillhör det tredelade kristallsystemet, hexagonal struktur, dess kristallstruktur består av tre syreatomer och två aluminiumatomer i kovalent bindningstyp, arrangerade mycket tätt, med stark bindningskedja och gitterenergi, medan dess kristallinre nästan saknar föroreningar eller defekter, så den har utmärkt elektrisk isolering, transparens, god värmeledningsförmåga och hög styvhet. Används ofta som optiska fönster och högpresterande substratmaterial. Emellertid är safirens molekylära struktur komplex och det finns anisotropi, och effekten på motsvarande fysikaliska egenskaper är också mycket olika för bearbetning och användning i olika kristallriktningar, så användningen är också olika. I allmänhet finns safirsubstrat i C-, R-, A- och M-planriktningar.
Tillämpningen avC-plan safirskiva
Galliumnitrid (GaN) är en tredje generationens halvledare med brett bandgap, har ett brett direkt bandgap, stark atombindning, hög värmeledningsförmåga, god kemisk stabilitet (nästan okorroderad av någon syra) och stark bestrålningsförmåga, och har breda möjligheter inom tillämpningar inom optoelektronik, högtemperatur- och effektanordningar samt högfrekventa mikrovågsanordningar. På grund av GaN:s höga smältpunkt är det dock svårt att erhålla stora enkristallmaterial, så det vanligaste sättet är att utföra heteroepitaxitillväxt på andra substrat, vilket har högre krav på substratmaterial.
Jämfört medsafirsubstratmed andra kristallytor är gitterkonstantens missmatchningshastighet mellan safirskivan i C-planet (<0001> orientering) och filmerna som deponerats i grupperna Ⅲ-Ⅴ och Ⅱ-Ⅵ (såsom GaN) relativt liten, och gitterkonstantens missmatchningshastighet mellan de två ochAlN-filmersom kan användas som buffertlager är ännu mindre, och det uppfyller kraven på hög temperaturbeständighet i GaN-kristalliseringsprocessen. Därför är det ett vanligt substratmaterial för GaN-tillväxt, vilket kan användas för att tillverka vita/blå/gröna lysdioder, laserdioder, infraröda detektorer och så vidare.
Det är värt att nämna att GaN-filmen som odlas på C-plans safirsubstrat växer längs sin polära axel, det vill säga C-axelns riktning, vilket inte bara innebär en mogen tillväxtprocess och epitaxiprocess, relativt låg kostnad, stabila fysikaliska och kemiska egenskaper, utan också bättre bearbetningsprestanda. Atomerna i den C-orienterade safirskivan är bundna i ett O-al-al-o-al-O-arrangemang, medan de M-orienterade och A-orienterade safirkristallerna är bundna i al-O-al-O. Eftersom Al-Al har lägre bindningsenergi och svagare bindning än Al-O, jämfört med de M-orienterade och A-orienterade safirkristallerna, är bearbetningen av C-safir huvudsakligen för att öppna Al-Al-nyckeln, vilket är lättare att bearbeta och kan uppnå högre ytkvalitet och sedan uppnå bättre epitaxialkvalitet för galliumnitrid, vilket kan förbättra kvaliteten på ultrahög ljusstyrka vit/blå LED. Å andra sidan har filmerna som odlas längs C-axeln spontana och piezoelektriska polarisationseffekter, vilket resulterar i ett starkt internt elektriskt fält inuti filmerna (aktiva lagerkvantbrunnar), vilket kraftigt minskar GaN-filmernas ljuseffektivitet.
A-plan safirskivaansökan
På grund av dess utmärkta heltäckande prestanda, särskilt utmärkt transmittans, kan safirkristall förbättra den infraröda penetrationseffekten och bli ett idealiskt material för mellaninfraröda fönster, vilket har använts flitigt inom militär fotoelektrisk utrustning. Där A-safir är ett polärt plan (C-plan) i ytans normalriktning, är det en icke-polär yta. Generellt sett är kvaliteten på A-orienterad safirkristall bättre än C-orienterad kristall, med mindre dislokation, mindre mosaikstruktur och mer komplett kristallstruktur, så den har bättre ljustransmissionsprestanda. Samtidigt, på grund av Al-O-Al-O-atombindningsläget på plan a, är hårdheten och slitstyrkan hos A-orienterad safir betydligt högre än hos C-orienterad safir. Därför används A-riktade chips mestadels som fönstermaterial; Dessutom har A-safir också en enhetlig dielektricitetskonstant och höga isoleringsegenskaper, så den kan tillämpas inom hybridmikroelektronikteknik, men också för tillväxt av superba ledare, såsom användning av TlBaCaCuO₄ (TbBaCaCuO₄), Tl-2212, tillväxt av heterogena epitaxiella supraledande filmer på ceriumoxid (CeO₂) safirkompositsubstrat. Men på grund av Al-O:s höga bindningsenergi är den också svårare att bearbeta.
Tillämpning avR/M-plan safirskiva
R-planet är den opolära ytan på en safir, så förändringen i R-planets position i en safirkomponent ger den olika mekaniska, termiska, elektriska och optiska egenskaper. I allmänhet är R-yt-safirsubstrat att föredra för heteroepitaxial avsättning av kisel, främst för halvledar-, mikrovågs- och mikroelektronikintegrerade kretstillämpningar, vid produktion av bly, andra supraledande komponenter, högresistansmotstånd, galliumarsenid kan också användas för R-typ-substrattillväxt. För närvarande, med populariteten för smartphones och surfplattor, har R-yt-safirsubstrat ersatt de befintliga sammansatta SAW-komponenterna som används för smartphones och surfplattor, vilket ger ett substrat för enheter som kan förbättra prestandan.
Om det finns intrång, kontakta radering
Publiceringstid: 16 juli 2024