La composición del zafiro es óxido de aluminio (Al 2O 3) y su estructura cristalina es una estructura reticular hexaédrica. El plano C es el sustrato de zafiro más utilizado. Debido a su amplia banda de penetración óptica, tiene buena transmitancia de luz desde el ultravioleta cercano al infrarrojo medio, por lo que se usa ampliamente en componentes ópticos, dispositivos infrarrojos, materiales para lentes láser de alta intensidad y materiales para máscaras.
En la actualidad, la calidad de los LED blancos y azules de brillo ultraalto depende de la calidad del material de GaN, y la calidad de GaN está estrechamente relacionada con la calidad del procesamiento de la superficie del sustrato de zafiro utilizado.
Recientemente, el mercado ha pasado del monocristal de zafiro de 2 pulgadas a los de 4, 6 y 8 pulgadas. El rápido desarrollo del mercado de LED requiere el crecimiento de cristales de zafiro de gran tamaño, alta calidad y rendimiento estable, lo que plantea mayores requisitos para la tecnología de crecimiento de zafiro. Sin embargo, en el proceso de crecimiento del monocristal de zafiro, a menudo hay algunos defectos que afectan significativamente el rendimiento del zafiro, como grietas del cristal, dislocaciones, impurezas y centros de color, burbujas de aire, etc.
A continuación nos centramos en dos tipos de defectos del cristal de zafiro.
Durante el proceso de crecimiento, la generación de diversas tensiones dentro del cristal provocará tensión. Cuando la tensión es mayor que el límite elástico del propio cristal, el cristal se agrietará. La tensión en el cristal incluye principalmente los tres tipos siguientes:
(1) Estrés térmico: el estrés térmico es un tipo de estrés interno causado por el calentamiento desigual del cristal y la diferencia de temperatura, lo que resulta en una expansión o contracción inconsistente del cristal y una restricción mutua entre las distintas partes del cristal. Mientras haya un gradiente de temperatura dentro del cristal, habrá estrés térmico.
(2) Estrés químico: causado por la distribución desigual de varios componentes en el cristal.
(3) Estrés mecánico: causado por vibración mecánica durante el crecimiento del cristal.
Durante el crecimiento del monocristal de zafiro, la tensión térmica es la forma más importante de todas las tensiones. Las principales razones del estrés térmico excesivo en el cristal incluyen los siguientes aspectos:
a. La tasa de crecimiento es demasiado rápida.
b. El campo de temperatura no es razonable y el gradiente de temperatura es demasiado grande.
do. La velocidad de enfriamiento es demasiado rápida.
d. Orientación del cristal.
mi. Tamaño del cristal.
ligero estrés
estrés medio
La dislocación es un defecto de red con una estructura especial. El cristal real está sujeto a la acción del entorno externo o a diversas tensiones internas durante la cristalización, y la disposición de las partículas dentro del cristal se deforma y ya no está ordenada en un estado de red ideal, lo que resulta en un defecto lineal en el cristal llamado dislocación.
Las causas de las dislocaciones en los cristales de zafiro incluyen principalmente los tres aspectos siguientes:
a. Dislocaciones primarias: si hay dislocaciones en el cristal semilla seleccionado, se pueden extender a nuevos cristales mediante el crecimiento. Las dislocaciones en el cristal semilla incluyen dislocaciones inherentes al cristal semilla, dislocaciones generadas por tensión excesiva durante el procesamiento y dislocaciones generadas por choque térmico durante la siembra.
b. Las dislocaciones se generan durante el crecimiento de los cristales. Sus principales fuentes son:
(1) Los gradientes de temperatura axial y radial del cristal cerca de la interfaz generan estrés térmico, los cuales exceden el valor crítico.
(2) Cambios en las constantes de la red causados por la segregación de componentes: debido a la presencia de átomos de impureza en la masa fundida, los cristales se solidificarán sucesivamente durante el proceso de solidificación, lo que dará como resultado diferencias en la composición y posible formación de dislocaciones.
(3) Los defectos puntuales (vacantes e intersticiales) provocan una concentración de tensiones locales.
(4) La influencia de la vibración mecánica hace que el cristal se desvíe o doble, y se produce una diferencia de fase entre bloques de cristal adyacentes, formando así dislocaciones.
La concentración de tensiones tiende a ocurrir en las proximidades de interfaces como maclas y límites de granos dentro del cristal y cerca de microfisuras. Si la tensión excede la tensión de deslizamiento, cuando el cristal se deslice en esta área, se producirán dislocaciones en esta área.
