Složení safíru je oxid hlinitý (Al 2O 3) a jeho krystalová struktura je hexaedrická mřížková struktura. C-plane je nejčastěji používaným safírovým substrátem. Díky svému širokému optickému penetračnímu pásmu má dobrou propustnost světla od blízkého ultrafialového po střední infračervené, takže je široce používán v optických součástech, infračervených zařízeních, materiálech čoček laseru s vysokou intenzitou a materiálech masek.
V současnosti závisí kvalita ultravysoké svítivosti bílé a modré LED na kvalitě materiálu GaN a kvalita GaN úzce souvisí s kvalitou povrchového zpracování použitého safírového substrátu.
Nedávno se trh posunul z 2palcového safírového monokrystalu na 4palcové, 6palcové a 8palcové. Rychlý rozvoj trhu LED vyžaduje růst safírových krystalů velkých rozměrů, vysoké kvality a stabilního výkonu, což klade vyšší požadavky na technologii růstu safírů. V procesu růstu safírového monokrystalu se však často vyskytují některé vady, které významně ovlivňují výkon safíru, jako jsou krystalové praskliny, dislokace, nečistoty a barevná centra, vzduchové bubliny atd.
Níže se zaměříme na dva typy defektů safírového skla.
Během procesu růstu způsobí vznik různých napětí uvnitř krystalu napětí. Když je napětí větší než mez pružnosti samotného krystalu, krystal praskne. Napětí v krystalu zahrnuje především následující tři typy:
(1) Tepelné napětí: Tepelné napětí je druh vnitřního napětí způsobeného nerovnoměrným ohřevem krystalu a teplotním rozdílem, což má za následek nekonzistentní expanzi nebo kontrakci deformaci krystalu a vzájemné omezení mezi různými částmi krystalu. Takže dokud je v krystalu teplotní gradient, bude docházet k tepelnému napětí.
(2) Chemické namáhání: způsobené nerovnoměrným rozložením různých složek v krystalu.
(3) Mechanické namáhání: způsobené mechanickými vibracemi během růstu krystalů.
Během růstu safírového monokrystalu je tepelný stres nejdůležitější formou veškerého stresu. Mezi hlavní důvody nadměrného tepelného namáhání krystalu patří následující aspekty:
A. Tempo růstu je příliš rychlé.
b. Teplotní pole je nepřiměřené a teplotní gradient je příliš velký.
C. Rychlost chlazení je příliš vysoká.
d. Orientace krystalů.
E. Velikost krystalu.
mírný stres
střední stres
Dislokace je mřížkový defekt se speciální strukturou. Vlastní krystal je během krystalizace vystaven působení vnějšího prostředí nebo různým vnitřním pnutím a uspořádání částic uvnitř krystalu se deformuje a již není uspořádáno do ideálního mřížkového stavu, což má za následek lineární defekt v krystalu zvaný dislokace.
Příčiny dislokací v safírových krystalech zahrnují především následující tři aspekty:
A. Primární dislokace: Pokud jsou ve vybraném zárodečném krystalu dislokace, mohou se růstem rozšířit na nové krystaly. Dislokace v zárodečném krystalu zahrnují dislokace inherentní zárodečnému krystalu, dislokace generované nadměrným namáháním během zpracování a dislokace generované tepelným šokem během nasazování.
b. Během růstu krystalů vznikají dislokace. Jeho hlavní zdroje jsou:
(1) Axiální a radiální teplotní gradienty krystalu v blízkosti rozhraní vytvářejí tepelné napětí, které oba překračují kritickou hodnotu.
(2) Změny mřížkových konstant způsobené segregací komponent: v důsledku přítomnosti atomů nečistot v tavenině budou krystaly během procesu tuhnutí postupně tuhnout, což má za následek rozdíly ve složení a možnou tvorbu dislokací.
(3) Bodové defekty (vakance a intersticiály) způsobují lokální koncentraci napětí.
(4) Vliv mechanických vibrací způsobuje, že se krystal vychyluje nebo ohýbá a mezi sousedními krystalovými bloky dochází k fázovému rozdílu, čímž dochází k dislokacím.
Koncentrace napětí je náchylná ke vzniku v blízkosti rozhraní, jako jsou dvojčata a hranice zrn uvnitř krystalu a blízko mikrotrhlin. Pokud napětí převýší skluzové napětí, dojde při klouzání krystalu v této oblasti k dislokacím v této oblasti.
