A Zafír összetétele alumínium-oxid (Al 2O 3), kristályszerkezete pedig hexaéderes rácsszerkezet. A C-sík a leggyakrabban használt zafír hordozó. Széles optikai behatolási sávja miatt jó fényáteresztő képességgel rendelkezik a közeli ultraibolya sugárzástól a középső infravörösig, ezért széles körben használják optikai alkatrészekben, infravörös eszközökben, nagy intenzitású lézerlencse anyagokban és maszkanyagokban.
Jelenleg az ultra-nagy fényerejű fehér és kék LED minősége a GaN anyagminőségétől függ, a GaN minősége pedig szorosan összefügg a felhasznált zafír hordozó felületi feldolgozási minőségével.
A közelmúltban a piac a 2 hüvelykes zafír egykristályról a 4 hüvelykes, 6 hüvelykes és 8 hüvelykesre váltott. A LED piac gyors fejlődése megköveteli a nagy méretű, kiváló minőségű és stabil teljesítményű zafírkristályok növekedését, ami magasabb követelményeket támaszt a zafír növekedési technológiával szemben. A zafír egykristály növekedési folyamatában azonban gyakran előfordulnak olyan hibák, amelyek jelentősen befolyásolják a zafír teljesítményét, például kristályrepedések, elmozdulások, szennyeződések és színközpontok, légbuborékok stb.
Az alábbiakban a zafírkristály hibáinak két típusára összpontosítunk.
A növekedési folyamat során a kristály belsejében fellépő különféle feszültségek feszültséget okoznak. Ha a feszültség nagyobb, mint magának a kristálynak a rugalmassági határa, a kristály megreped. A kristály feszültsége főként a következő három típusból áll:
(1) Hőfeszültség: A hőfeszültség egyfajta belső feszültség, amelyet a kristály egyenetlen melegítése és a hőmérséklet-különbség okoz, ami a kristály egyenetlen tágulási vagy összehúzódási deformációját, valamint a kristály különböző részei közötti kölcsönös korlátozást eredményezi. Tehát mindaddig, amíg hőmérséklet-gradiens van a kristályon belül, hőfeszültség lesz.
(2) Kémiai stressz: a különböző komponensek egyenetlen eloszlása okozza a kristályban.
(3) Mechanikai igénybevétel: a kristálynövekedés során fellépő mechanikai rezgés okozza.
A zafír egykristály növekedése során a hőfeszültség az összes feszültség legfontosabb formája. A kristály túlzott hőfeszültségének fő okai a következők:
a. A növekedés üteme túl gyors.
b. A hőmérsékleti mező ésszerűtlen, és a hőmérsékleti gradiens túl nagy.
c. A hűtési sebesség túl gyors.
d. Kristály orientáció.
e. Kristály mérete.
enyhe stressz
közepes feszültség
A diszlokáció egy speciális szerkezetű rácshiba. A kristály a kristályosodás során a külső környezet hatásának vagy különféle belső feszültségeknek van kitéve, és a kristályon belüli részecskék elrendeződése deformálódik, és többé nem rendeződik ideális rácsállapotba, ami lineáris hibához vezet a kristályban, amelyet diszlokációnak nevezünk.
A zafírkristályok elmozdulásának okai elsősorban a következő három szempontot foglalják magukban:
a. Elsődleges diszlokációk: Ha a kiválasztott magkristályban diszlokációk vannak, akkor azok növekedés útján új kristályokká terjeszkedhetnek. Az oltókristályban előforduló diszlokációk közé tartoznak a magkristályban rejlő diszlokációk, a feldolgozás során a túlzott igénybevétel által generált diszlokációk, valamint az oltás során a hősokk által okozott diszlokációk.
b. A kristálynövekedés során diszlokációk keletkeznek. Fő forrásai a következők:
(1) A kristály tengelyirányú és radiális hőmérsékleti gradiense a határfelület közelében termikus feszültséget generál, mindkettő meghaladja a kritikus értéket.
(2) A komponensek szegregációja okozta rácsállandók változása: az olvadékban lévő szennyező atomok jelenléte miatt a kristályok a megszilárdulási folyamat során egymás után megszilárdulnak, ami összetételbeli eltéréseket és esetleges diszlokációk kialakulását eredményezi.
(3) A ponthibák (üres helyek és intersticiumok) helyi feszültségkoncentrációt okoznak.
(4) A mechanikai rezgések hatására a kristály elhajlik vagy elhajlik, és fáziskülönbség lép fel a szomszédos kristálytömbök között, ami diszlokációkat eredményez.
A feszültségkoncentráció hajlamos a határfelületek, például az ikrek és a kristályon belüli szemcsehatárok közelében és a mikrorepedések közelében előfordulni. Ha a feszültség meghaladja a csúszási feszültséget, amikor a kristály megcsúszik ezen a területen, akkor ezen a területen diszlokációk lépnek fel.
