Die Zusammensetzung von Saphir ist Aluminiumoxid (AlO 2) 3und seine Kristallstruktur ist eine hexaedrische Gitterstruktur. C-Plane ist das am häufigsten verwendete Saphirsubstrat. Aufgrund seines breiten optischen Durchdringungsbandes weist es eine gute Lichtdurchlässigkeit vom nahen Ultraviolett bis zum mittleren Infrarot auf und wird daher häufig in optischen Komponenten, Infrarotgeräten, hochintensiven Laserlinsenmaterialien und Maskenmaterialien verwendet.
Derzeit hängt die Qualität von weißen und blauen LEDs mit ultrahoher Helligkeit von der Materialqualität von GaN ab, und die Qualität von GaN hängt eng mit der Oberflächenverarbeitungsqualität des verwendeten Saphirsubstrats zusammen.
In letzter Zeit hat sich der Markt von 2-Zoll-Saphir-Einkristallen auf 4-Zoll-, 6-Zoll- und 8-Zoll-Saphirkristalle verlagert. Die rasante Entwicklung des LED-Marktes erfordert das Wachstum von Saphirkristallen mit großer Größe, hoher Qualität und stabiler Leistung, was höhere Anforderungen an die Saphirwachstumstechnologie stellt. Beim Wachstumsprozess von Saphir-Einkristallen treten jedoch häufig einige Mängel auf, die die Leistung von Saphir erheblich beeinträchtigen, wie z. B. Kristallrisse, Versetzungen, Verunreinigungen und Farbzentren, Luftblasen usw.
Im Folgenden konzentrieren wir uns auf zwei Arten von Saphirkristalldefekten.
Während des Wachstumsprozesses führt die Erzeugung verschiedener Spannungen im Inneren des Kristalls zu Spannungen. Wenn die Dehnung größer ist als die Elastizitätsgrenze des Kristalls selbst, kommt es zu Rissen im Kristall. Die Spannung im Kristall umfasst hauptsächlich die folgenden drei Arten:
(1) Wärmespannung: Wärmespannung ist eine Art innerer Spannung, die durch die ungleichmäßige Erwärmung des Kristalls und den Temperaturunterschied verursacht wird und zu einer inkonsistenten Ausdehnungs- oder Kontraktionsverformung des Kristalls und einer gegenseitigen Beschränkung zwischen den verschiedenen Teilen des Kristalls führt. Solange also im Kristall ein Temperaturgefälle herrscht, kommt es zu thermischer Spannung.
(2) Chemischer Stress: verursacht durch die ungleichmäßige Verteilung verschiedener Komponenten im Kristall.
(3) Mechanischer Stress: verursacht durch mechanische Vibration während des Kristallwachstums.
Während des Wachstums von Saphir-Einkristallen ist die thermische Belastung die wichtigste Form aller Spannungen. Zu den Hauptursachen für eine übermäßige thermische Belastung im Kristall zählen folgende Aspekte:
A. Die Wachstumsrate ist zu schnell.
B. Das Temperaturfeld ist unangemessen und der Temperaturgradient ist zu groß.
C. Die Abkühlgeschwindigkeit ist zu schnell.
D. Kristallorientierung.
e. Kristallgröße.
leichter Stress
mittlere Belastung
Bei der Versetzung handelt es sich um einen Gitterfehler mit einer besonderen Struktur. Der eigentliche Kristall ist während der Kristallisation der Einwirkung der äußeren Umgebung oder verschiedenen inneren Spannungen ausgesetzt, und die Anordnung der Partikel im Inneren des Kristalls wird deformiert und nicht mehr in einen idealen Gitterzustand geordnet, was zu einem linearen Defekt im Kristall führt, der als Versetzung bezeichnet wird.
Zu den Ursachen für Versetzungen in Saphirkristallen zählen vor allem die folgenden drei Aspekte:
A. Primäre Versetzungen: Wenn im ausgewählten Impfkristall Versetzungen vorhanden sind, können diese durch Wachstum zu neuen Kristallen erweitert werden. Zu den Versetzungen im Impfkristall gehören Versetzungen, die dem Impfkristall innewohnen, Versetzungen, die durch übermäßige Spannung während der Verarbeitung entstehen, und Versetzungen, die durch thermischen Schock während des Impfens entstehen.
B. Beim Kristallwachstum entstehen Versetzungen. Seine Hauptquellen sind:
(1) Die axialen und radialen Temperaturgradienten des Kristalls in der Nähe der Grenzfläche erzeugen thermische Spannungen, die beide den kritischen Wert überschreiten.
(2) Änderungen der Gitterkonstanten durch Komponentensegregation: Aufgrund der Anwesenheit von Verunreinigungsatomen in der Schmelze verfestigen sich die Kristalle während des Erstarrungsprozesses sukzessive, was zu Unterschieden in der Zusammensetzung und möglicherweise zur Bildung von Versetzungen führt.
(3) Punktdefekte (Leerstellen und Zwischenräume) verursachen lokale Spannungskonzentrationen.
(4) Der Einfluss mechanischer Schwingungen führt dazu, dass sich der Kristall verbiegt oder verbiegt, und es entsteht eine Phasendifferenz zwischen benachbarten Kristallblöcken, wodurch Versetzungen entstehen.
In der Nähe von Grenzflächen wie Zwillingen und Korngrenzen innerhalb des Kristalls und in der Nähe von Mikrorissen kann es zu Spannungskonzentrationen kommen. Wenn die Spannung die Gleitspannung übersteigt und der Kristall in diesem Bereich rutscht, kommt es in diesem Bereich zu Versetzungen.
