Safiirin koostumus on alumiinioksidi (Al 2O 3), ja sen kiderakenne on heksaedrinen hilarakenne. C-taso on yleisimmin käytetty safiirialusta. Laajan optisen läpäisykaistansa ansiosta sillä on hyvä valonläpäisevyys lähellä ultraviolettisäteilyä keski-infrapunaan, joten sitä käytetään laajalti optisissa komponenteissa, infrapunalaitteissa, korkean intensiteetin laserlinssien materiaaleissa ja maskimateriaaleissa.
Tällä hetkellä erittäin kirkkaan valkoisen ja sinisen LED-valon laatu riippuu GaN:n materiaalin laadusta, ja GaN:n laatu liittyy läheisesti käytetyn safiirialustan pintakäsittelyn laatuun.
Viime aikoina markkinat ovat siirtyneet 2 tuuman safiiri-yksikiteistä 4 tuuman, 6 tuuman ja 8 tuuman. LED-markkinoiden nopea kehitys edellyttää suurikokoisten, korkealaatuisten ja vakaan suorituskyvyn safiirikiteiden kasvua, mikä asettaa korkeampia vaatimuksia safiirikasvuteknologialle. Safiirin yksikiteisen kasvuprosessissa on kuitenkin usein joitain vikoja, jotka vaikuttavat merkittävästi safiirin suorituskykyyn, kuten kidehalkeamia, sijoiltaanmenoja, epäpuhtauksia ja värikeskuksia, ilmakuplia jne.
Alla keskitymme kahdentyyppisiin safiirikidevirheisiin.
Kasvuprosessin aikana erilaisten jännitysten muodostuminen kiteen sisällä aiheuttaa jännitystä. Kun jännitys on suurempi kuin itse kiteen kimmoraja, kide halkeilee. Kiteen jännitys sisältää pääasiassa seuraavat kolme tyyppiä:
(1) Lämpöjännitys: Lämpöjännitys on eräänlainen sisäinen jännitys, joka aiheutuu kiteen epätasaisesta kuumenemisesta ja lämpötilaerosta, mikä johtaa kiteen epäjohdonmukaiseen laajenemiseen tai supistumisen muodonmuutokseen ja keskinäiseen rajoitukseen kiteen eri osien välillä. Niin kauan kuin kiteen sisällä on lämpötilagradientti, esiintyy lämpöjännitystä.
(2) Kemiallinen rasitus: johtuu eri komponenttien epätasaisesta jakautumisesta kiteessä.
(3) Mekaaninen jännitys: aiheutuu mekaanisesta tärinästä kiteen kasvun aikana.
Safiirin yksikiteisen kasvun aikana lämpöjännitys on tärkein stressin muoto. Tärkeimmät syyt kiteen liialliseen lämpöjännitykseen ovat seuraavat seikat:
a. Kasvuvauhti on liian nopea.
b. Lämpötilakenttä on kohtuuton ja lämpötilagradientti on liian suuri.
c. Jäähdytysnopeus on liian nopea.
d. Kiteen suuntaus.
e. Kristallin koko.
lievää stressiä
keskirasitus
Dislokaatio on hilavirhe, jolla on erityinen rakenne. Varsinainen kide on alttiina ulkoisen ympäristön vaikutukselle tai erilaisille sisäisille jännityksille kiteytymisen aikana, ja hiukkasten sijoittelu kiteen sisällä on epämuodostunut eikä ole enää järjestetty ihanteelliseen hilatilaan, mikä johtaa kiteen lineaariseen vikaan, jota kutsutaan dislokaatioksi.
Safiirikiteiden dislokaatioiden syyt sisältävät pääasiassa seuraavat kolme näkökohtaa:
a. Ensisijaiset dislokaatiot: Jos valitussa siemenkiteessä on dislokaatioita, ne voidaan laajentaa uusiksi kiteiksi kasvun kautta. Siemenkiteen dislokaatioihin kuuluvat siemenkiteelle luontaiset sijoitukset, liiallisen rasituksen synnyttämät sijoiltaan käsittelyn aikana sekä lämpöshokin aiheuttamat sijoitukset kylvön aikana.
b. Dislokaatioita syntyy kiteen kasvun aikana. Sen tärkeimmät lähteet ovat:
(1) Kiteen aksiaaliset ja radiaaliset lämpötilagradientit lähellä rajapintaa synnyttävät lämpöjännitystä, jotka molemmat ylittävät kriittisen arvon.
(2) Komponenttien erottumisen aiheuttamat muutokset hilavakioissa: sulassa olevien epäpuhtausatomien vuoksi kiteet jähmettyvät peräkkäin jähmettymisprosessin aikana, mikä johtaa koostumukseen ja mahdollisiin dislokaatioihin.
(3) Pistevauriot (vajaat työpaikat ja interstitiaalit) aiheuttavat paikallista stressin keskittymistä.
(4) Mekaanisen värähtelyn vaikutus saa kiteen taipumaan tai taipumaan, ja vierekkäisten kidelohkojen välillä tapahtuu vaihe-ero, mikä muodostaa sijoiltaan siirtymiä.
Stressikeskittymä on altis rajapintojen, kuten kaksosten ja raerajojen läheisyydessä kiteen sisällä ja lähellä mikrohalkeamia. Jos jännitys ylittää liukujännityksen, kiteen luistaessa tällä alueella tapahtuu siirtymiä tällä alueella.
