Safīra sastāvs ir alumīnija oksīds (Al 2O 3), un tā kristāla struktūra ir sešskaldņu režģa struktūra. C plakne ir visbiežāk izmantotais safīra substrāts. Pateicoties plašajai optiskās iespiešanās joslai, tai ir laba gaismas caurlaidība no gandrīz ultravioletā starojuma līdz vidējai infrasarkanajai starai, tāpēc to plaši izmanto optiskajos komponentos, infrasarkanajās ierīcēs, augstas intensitātes lāzera lēcu materiālos un masku materiālos.
Pašlaik īpaši augstas spilgtuma baltās un zilās gaismas diodes kvalitāte ir atkarīga no GaN materiāla kvalitātes, un GaN kvalitāte ir cieši saistīta ar izmantotā safīra substrāta virsmas apstrādes kvalitāti.
Nesen tirgus ir mainījies no 2 collu safīra monokristāla uz 4 collu, 6 collu un 8 collu. Straujā LED tirgus attīstība prasa liela izmēra, augstas kvalitātes un stabilas veiktspējas safīra kristālu augšanu, kas izvirza augstākas prasības safīra augšanas tehnoloģijai. Tomēr safīra monokristāla augšanas procesā bieži vien ir daži defekti, kas būtiski ietekmē safīra darbību, piemēram, kristāla plaisas, izmežģījumi, piemaisījumi un krāsu centri, gaisa burbuļi utt.
Zemāk mēs koncentrējamies uz divu veidu safīra kristāla defektiem.
Augšanas procesā dažādu spriegumu rašanās kristāla iekšpusē radīs spriedzi. Ja deformācija ir lielāka par paša kristāla elastības robežu, kristāls saplaisās. Spriegums kristālā galvenokārt ietver šādus trīs veidus:
(1) Termiskais spriegums: termiskais spriegums ir sava veida iekšējais spriegums, ko izraisa kristāla nevienmērīga karsēšana un temperatūras starpība, kā rezultātā kristāla izplešanās vai saraušanās deformācija ir nevienmērīga, kā arī dažādu kristāla daļu savstarpēja ierobežošana. Tātad, kamēr kristālā pastāv temperatūras gradients, pastāvēs termiskais spriegums.
(2) Ķīmiskais spriegums: izraisa dažādu komponentu nevienmērīgs sadalījums kristālā.
(3) Mehāniskais spriegums: izraisa mehāniskā vibrācija kristāla augšanas laikā.
Safīra monokristāla augšanas laikā termiskais spriegums ir vissvarīgākā visa stresa forma. Galvenie pārmērīga termiskā sprieguma iemesli kristālā ietver šādus aspektus:
a. Izaugsmes temps ir pārāk ātrs.
b. Temperatūras lauks ir nepamatots, un temperatūras gradients ir pārāk liels.
c. Dzesēšanas ātrums ir pārāk ātrs.
d. Kristāla orientācija.
e. Kristāla izmērs.
neliels stress
vidējs stress
Dislokācija ir režģa defekts ar īpašu struktūru. Faktiskais kristāls kristalizācijas laikā tiek pakļauts ārējās vides iedarbībai vai dažādiem iekšējiem spriegumiem, un daļiņu izvietojums kristāla iekšpusē tiek deformēts un vairs netiek sakārtots ideālā režģa stāvoklī, kā rezultātā kristālā rodas lineārs defekts, ko sauc par dislokāciju.
Safīra kristālu dislokāciju cēloņi galvenokārt ietver šādus trīs aspektus:
a. Primārās dislokācijas: ja izvēlētajā sēklu kristālā ir izmežģījumi, tos var paplašināt, veidojot jaunus kristālus, augot. Dislokācijas sēklu kristālā ietver dislokācijas, kas raksturīgas sēklu kristālam, dislokācijas, ko rada pārmērīgs stress apstrādes laikā, un dislokācijas, ko rada termiskais šoks sēšanas laikā.
b. Kristālu augšanas laikā rodas dislokācijas. Tās galvenie avoti ir:
(1) Kristāla aksiālais un radiālais temperatūras gradients saskarnes tuvumā rada termisko spriegumu, kas abi pārsniedz kritisko vērtību.
(2) Izmaiņas režģa konstantēs, ko izraisa komponentu segregācija: piemaisījumu atomu klātbūtnes dēļ kausējumā kristāli sacietēšanas procesā secīgi sacietēs, izraisot sastāva atšķirības un iespējamu dislokāciju veidošanos.
(3) Punktu defekti (vakances un intersticiāli) izraisa lokālu stresa koncentrāciju.
(4) Mehāniskās vibrācijas ietekme liek kristālam novirzīties vai saliekties, un starp blakus esošajiem kristāla blokiem rodas fāzes atšķirība, tādējādi veidojot dislokācijas.
Sprieguma koncentrācija mēdz rasties tādu saskarņu tuvumā kā dvīņi un graudu robežas kristāla iekšpusē un mikroplaisu tuvumā. Ja spriegums pārsniedz slīdēšanas spriegumu, kristālam izslīdot šajā zonā, šajā zonā notiks dislokācijas.
