Komposisi Sapphire ialah Aluminium Oksida (Al 2O 3), dan struktur kristalnya ialah struktur kekisi hexahedral. C-plane ialah substrat nilam yang paling biasa digunakan. Oleh kerana jalur penembusan optiknya yang luas, ia mempunyai penghantaran cahaya yang baik daripada ultraungu hampir kepada inframerah pertengahan, jadi ia digunakan secara meluas dalam komponen optik, peranti inframerah, bahan kanta laser intensiti tinggi dan bahan topeng.
Pada masa ini, kualiti LED putih dan biru kecerahan ultra tinggi bergantung pada kualiti bahan GaN, dan kualiti GaN berkait rapat dengan kualiti pemprosesan permukaan substrat nilam yang digunakan.
Baru-baru ini, pasaran telah beralih daripada kristal tunggal nilam 2 inci kepada 4 inci, 6 inci dan 8 inci. Perkembangan pesat pasaran LED memerlukan pertumbuhan kristal nilam bersaiz besar, berkualiti tinggi dan prestasi yang stabil, yang mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk teknologi pertumbuhan nilam. Walau bagaimanapun, dalam proses pertumbuhan kristal tunggal nilam, selalunya terdapat beberapa kecacatan yang menjejaskan prestasi nilam dengan ketara, seperti retak kristal, kehelan, kekotoran dan pusat warna, gelembung udara, dll.
Di bawah ini kami memberi tumpuan kepada dua jenis kecacatan kristal nilam.
Semasa proses pertumbuhan, penjanaan pelbagai tekanan di dalam kristal akan menyebabkan ketegangan. Apabila ketegangan lebih besar daripada had keanjalan kristal itu sendiri, kristal akan retak. Tegasan dalam kristal terutamanya merangkumi tiga jenis berikut:
(1) Tegasan terma: Tegasan terma ialah sejenis tegasan dalaman yang disebabkan oleh pemanasan kristal yang tidak sekata dan perbezaan suhu, mengakibatkan ubah bentuk pengembangan atau penguncupan kristal yang tidak konsisten, dan sekatan bersama antara pelbagai bahagian kristal. Jadi selagi terdapat kecerunan suhu dalam kristal, akan ada tegasan haba.
(2) Tekanan kimia: disebabkan oleh pengagihan tidak sekata pelbagai komponen dalam kristal.
(3) Tekanan mekanikal: disebabkan oleh getaran mekanikal semasa pertumbuhan kristal.
Semasa pertumbuhan kristal tunggal nilam, tegasan haba adalah bentuk terpenting bagi semua tekanan. Sebab utama tekanan haba yang berlebihan dalam kristal termasuk aspek berikut:
a. Kadar pertumbuhan terlalu cepat.
b. Medan suhu tidak munasabah dan kecerunan suhu terlalu besar.
c. Kadar penyejukan terlalu cepat.
d. Orientasi kristal.
e. Saiz kristal.
tekanan sedikit
tekanan sederhana
Dislokasi adalah kecacatan kekisi dengan struktur khas. Kristal sebenar tertakluk kepada tindakan persekitaran luaran atau pelbagai tekanan dalaman semasa penghabluran, dan susunan zarah di dalam kristal berubah bentuk dan tidak lagi dipesan ke dalam keadaan kekisi yang ideal, mengakibatkan kecacatan linear dalam kristal yang dipanggil kehelan.
Punca-punca kehelan dalam kristal nilam terutamanya termasuk tiga aspek berikut:
a. Kehelan primer: Jika terdapat kehelan dalam hablur benih yang dipilih, ia boleh dilanjutkan menjadi hablur baru melalui pertumbuhan. Kehelan dalam hablur benih termasuk kehelan yang wujud dalam hablur benih, kehelan yang dijana oleh tekanan berlebihan semasa pemprosesan, dan kehelan yang dijana oleh kejutan haba semasa pembenihan.
b. Dislokasi terhasil semasa pertumbuhan kristal. Sumber utamanya ialah:
(1) Kecerunan suhu paksi dan jejarian kristal berhampiran antara muka menjana tegasan haba, yang kedua-duanya melebihi nilai kritikal.
(2) Perubahan dalam pemalar kekisi yang disebabkan oleh pengasingan komponen: disebabkan oleh kehadiran atom kekotoran dalam leburan, kristal akan memejal berturut-turut semasa proses pemejalan, mengakibatkan perbezaan dalam komposisi dan kemungkinan pembentukan kehelan.
(3) Kecacatan titik (kekosongan dan interstisial) menyebabkan kepekatan tekanan setempat.
(4) Pengaruh getaran mekanikal menyebabkan kristal terpesong atau bengkok, dan perbezaan fasa berlaku di antara blok kristal bersebelahan, dengan itu membentuk kehelan.
Kepekatan tekanan cenderung berlaku di sekitar antara muka seperti kembar dan sempadan butiran di dalam kristal dan berhampiran retakan mikro. Jika tegasan melebihi tegasan gelinciran, apabila kristal tergelincir di kawasan ini, kehelan akan berlaku di kawasan ini.
