تكوين الياقوت هو أكسيد الألومنيوم (Al 2O 3)، وهيكله البلوري عبارة عن هيكل شبكي سداسي السطوح. الطائرة C هي الركيزة الأكثر استخدامًا من الياقوت. نظرًا لنطاق الاختراق البصري الواسع، فهو يتمتع بنفاذية جيدة للضوء من الأشعة فوق البنفسجية القريبة إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، لذلك يتم استخدامه على نطاق واسع في المكونات البصرية وأجهزة الأشعة تحت الحمراء ومواد عدسات الليزر عالية الكثافة ومواد القناع.
في الوقت الحاضر، تعتمد جودة مصابيح LED البيضاء والزرقاء فائقة السطوع على جودة مادة GaN، وترتبط جودة GaN ارتباطًا وثيقًا بجودة المعالجة السطحية لركيزة الياقوت المستخدمة.
في الآونة الأخيرة، تحول السوق من كريستال ياقوت أحادي مقاس 2 بوصة إلى 4 بوصة و6 بوصة و8 بوصة. يتطلب التطور السريع لسوق LED نمو بلورات الياقوت ذات الحجم الكبير والجودة العالية والأداء المستقر، مما يضع متطلبات أعلى لتكنولوجيا نمو الياقوت. ومع ذلك، في عملية نمو بلورة الياقوت الأحادية، غالبًا ما تكون هناك بعض العيوب التي تؤثر بشكل كبير على أداء الياقوت، مثل الشقوق البلورية، والخلع، والشوائب ومراكز الألوان، وفقاعات الهواء، وما إلى ذلك.
أدناه نركز على نوعين من عيوب كريستال الياقوت.
أثناء عملية النمو، فإن توليد الضغوط المختلفة داخل البلورة سوف يسبب الضغط. عندما يكون الانفعال أكبر من الحد المرن للبلورة نفسها، سوف تتشقق البلورة. يشمل الضغط الموجود في البلورة بشكل أساسي الأنواع الثلاثة التالية:
(1) الإجهاد الحراري: الإجهاد الحراري هو نوع من الإجهاد الداخلي الناجم عن التسخين غير المتساوي للبلورة واختلاف درجات الحرارة، مما يؤدي إلى تشوه البلورة أو الانكماش غير المتناسق، وضبط النفس المتبادل بين الأجزاء المختلفة للبلورة. لذا، طالما أن هناك تدرجًا في درجة الحرارة داخل البلورة، فسيكون هناك إجهاد حراري.
(2) الإجهاد الكيميائي: الناتج عن التوزيع غير المتساوي للمكونات المختلفة في البلورة.
(3) الإجهاد الميكانيكي: الناتج عن الاهتزاز الميكانيكي أثناء نمو البلورة.
أثناء نمو بلورة الياقوت المفردة، يعد الإجهاد الحراري هو الشكل الأكثر أهمية لجميع الضغوط. تشمل الأسباب الرئيسية للإجهاد الحراري المفرط في البلورة الجوانب التالية:
أ. معدل النمو سريع للغاية.
ب. مجال درجة الحرارة غير معقول وتدرج درجة الحرارة كبير جدًا.
ج. معدل التبريد سريع جدًا.
د. التوجه الكريستالي.
ه. حجم الكريستال.
إجهاد طفيف
الإجهاد المتوسط
الخلع هو عيب شبكي ذو بنية خاصة. تتعرض البلورة الفعلية لعمل البيئة الخارجية أو الضغوط الداخلية المختلفة أثناء التبلور، ويتشوه ترتيب الجزيئات داخل البلورة ولم تعد مرتبة في حالة شبكية مثالية، مما يؤدي إلى خلل خطي في البلورة يسمى الخلع.
تشمل أسباب الاضطرابات في بلورات الياقوت بشكل رئيسي الجوانب الثلاثة التالية:
أ. الاضطرابات الأولية: إذا كانت هناك اضطرابات في بلورة البذور المختارة، فمن الممكن أن تمتد إلى بلورات جديدة من خلال النمو. تشمل الاضطرابات في بلورة البذور الاضطرابات المتأصلة في بلورة البذور، والخلع الناتج عن الإجهاد المفرط أثناء المعالجة، والخلع الناتج عن الصدمة الحرارية أثناء البذر.
ب. يتم إنشاء الاضطرابات أثناء نمو البلورات. مصادرها الرئيسية هي:
(1) تولد تدرجات درجة الحرارة المحورية والشعاعية للبلورة بالقرب من الواجهة إجهادًا حراريًا، وكلاهما يتجاوز القيمة الحرجة.
(2) التغيرات في ثوابت الشبكة الناتجة عن فصل المكونات: بسبب وجود ذرات شوائب في المصهور، فإن البلورات سوف تتصلب على التوالي أثناء عملية التصلب، مما يؤدي إلى اختلافات في التركيب واحتمال تشكيل الاضطرابات.
(3) العيوب النقطية (الشواغر والإعلانات البينية) تسبب تركيز الإجهاد المحلي.
(4) يؤدي تأثير الاهتزاز الميكانيكي إلى انحراف البلورة أو انحناءها، ويحدث فرق الطور بين الكتل البلورية المجاورة، وبالتالي تشكل الاضطرابات.
من المحتمل أن يحدث تركيز الإجهاد بالقرب من الواجهات البينية مثل التوائم وحدود الحبوب داخل البلورة وبالقرب من الشقوق الدقيقة. إذا تجاوز الإجهاد إجهاد الانزلاق، فعندما تنزلق البلورة في هذه المنطقة، ستحدث خلع في هذه المنطقة.
