Komposisi Batu Safir adalah Aluminium Oksida (Al 2O 3), dan struktur kristalnya berupa struktur kisi heksahedral. C-plane adalah substrat safir yang paling umum digunakan. Karena pita penetrasi optiknya yang lebar, ia memiliki transmisi cahaya yang baik dari ultraviolet dekat hingga inframerah tengah, sehingga banyak digunakan dalam komponen optik, perangkat inframerah, bahan lensa laser intensitas tinggi, dan bahan masker.
Saat ini, kualitas LED putih dan biru dengan kecerahan sangat tinggi bergantung pada kualitas material GaN, dan kualitas GaN berkaitan erat dengan kualitas pemrosesan permukaan substrat safir yang digunakan.
Baru-baru ini, pasar telah beralih dari kristal safir tunggal 2 inci menjadi 4 inci, 6 inci, dan 8 inci. Pesatnya perkembangan pasar LED memerlukan pertumbuhan kristal safir berukuran besar, kualitas tinggi, dan kinerja stabil, yang mengedepankan persyaratan lebih tinggi untuk teknologi pertumbuhan safir. Namun dalam proses pertumbuhan kristal tunggal safir, seringkali terdapat beberapa cacat yang sangat mempengaruhi kinerja safir, seperti retakan kristal, dislokasi, kotoran dan pusat warna, gelembung udara, dll.
Di bawah ini kami fokus pada dua jenis cacat kristal safir.
Selama proses pertumbuhan, timbulnya berbagai tekanan di dalam kristal akan menyebabkan regangan. Bila regangan lebih besar dari batas elastis kristal itu sendiri, maka kristal akan retak. Tegangan pada kristal terutama mencakup tiga jenis berikut:
(1) Tegangan termal: Tegangan termal adalah sejenis tegangan internal yang disebabkan oleh pemanasan kristal yang tidak merata dan perbedaan suhu, yang mengakibatkan deformasi ekspansi atau kontraksi kristal yang tidak konsisten, dan saling menahan antara berbagai bagian kristal. Jadi selama ada gradien suhu di dalam kristal, akan ada tekanan termal.
(2) Stres kimia: disebabkan oleh distribusi berbagai komponen dalam kristal yang tidak merata.
(3) Tegangan mekanis: disebabkan oleh getaran mekanis selama pertumbuhan kristal.
Selama pertumbuhan kristal tunggal safir, tekanan termal adalah bentuk paling penting dari semua tekanan. Alasan utama terjadinya tekanan termal yang berlebihan pada kristal meliputi aspek-aspek berikut:
A. Tingkat pertumbuhannya terlalu cepat.
B. Bidang suhu tidak masuk akal dan gradien suhu terlalu besar.
C. Laju pendinginan terlalu cepat.
D. Orientasi kristal.
e. Ukuran kristal.
sedikit stres
stres sedang
Dislokasi merupakan cacat kisi dengan struktur khusus. Kristal sebenarnya terkena pengaruh lingkungan luar atau berbagai tekanan internal selama kristalisasi, dan susunan partikel di dalam kristal berubah bentuk dan tidak lagi tertata ke dalam keadaan kisi yang ideal, mengakibatkan cacat linier pada kristal yang disebut dislokasi.
Penyebab dislokasi pada kristal safir terutama mencakup tiga aspek berikut:
A. Dislokasi primer: Jika terdapat dislokasi pada kristal benih yang dipilih, dislokasi tersebut dapat diperluas menjadi kristal baru melalui pertumbuhan. Dislokasi pada kristal benih meliputi dislokasi yang melekat pada kristal benih, dislokasi yang disebabkan oleh tekanan berlebihan selama pemrosesan, dan dislokasi yang disebabkan oleh guncangan termal selama penyemaian.
B. Dislokasi dihasilkan selama pertumbuhan kristal. Sumber utamanya adalah:
(1) Gradien suhu aksial dan radial kristal di dekat antarmuka menghasilkan tegangan termal, yang keduanya melebihi nilai kritis.
(2) Perubahan konstanta kisi yang disebabkan oleh segregasi komponen: karena adanya atom pengotor dalam lelehan, kristal akan mengeras secara berturut-turut selama proses pemadatan, sehingga terjadi perbedaan komposisi dan kemungkinan pembentukan dislokasi.
(3) Cacat titik (kekosongan dan celah) menyebabkan konsentrasi tegangan lokal.
(4) Pengaruh getaran mekanis menyebabkan kristal membelok atau membengkok, dan terjadi perbedaan fasa antara blok kristal yang berdekatan sehingga membentuk dislokasi.
Konsentrasi tegangan cenderung terjadi di sekitar antarmuka seperti kembaran dan batas butir di dalam kristal dan di dekat retakan mikro. Jika tegangan melebihi tegangan slip, maka ketika kristal tergelincir pada daerah tersebut maka akan terjadi dislokasi pada daerah tersebut.
