Compoziția safirului este oxid de aluminiu (Al 2O 3), iar structura sa cristalină este o structură de rețea hexaedrică. C-plane este cel mai frecvent utilizat substrat de safir. Datorită benzii sale largi de penetrare optică, are o transmisie bună a luminii de la aproape ultraviolet la mediul infraroșu, deci este utilizat pe scară largă în componente optice, dispozitive cu infraroșu, materiale pentru lentile laser de mare intensitate și materiale pentru măști.
În prezent, calitatea LED-ului alb și albastru cu luminozitate ultra-înaltă depinde de calitatea materialului GaN, iar calitatea GaN este strâns legată de calitatea de prelucrare a suprafeței substratului de safir utilizat.
Recent, piața a trecut de la un singur cristal de safir de 2 inchi la 4 inchi, 6 inchi și 8 inchi. Dezvoltarea rapidă a pieței LED necesită creșterea cristalelor de safir de dimensiuni mari, de înaltă calitate și performanțe stabile, ceea ce impune cerințe mai mari pentru tehnologia de creștere a safirului. Cu toate acestea, în procesul de creștere a monocristalului de safir, există adesea unele defecte care afectează semnificativ performanța safirului, cum ar fi fisuri ale cristalului, dislocații, impurități și centre de culoare, bule de aer etc.
Mai jos ne concentrăm pe două tipuri de defecte ale cristalului de safir.
În timpul procesului de creștere, generarea diferitelor tensiuni în interiorul cristalului va provoca încordare. Când deformarea este mai mare decât limita elastică a cristalului însuși, cristalul se va crăpa. Stresul din cristal include în principal următoarele trei tipuri:
(1) Stresul termic: Stresul termic este un fel de stres intern cauzat de încălzirea neuniformă a cristalului și de diferența de temperatură, care are ca rezultat dilatarea sau deformarea contracției inconsistente a cristalului și reținerea reciprocă între diferitele părți ale cristalului. Deci, atâta timp cât există un gradient de temperatură în interiorul cristalului, va exista stres termic.
(2) Stresul chimic: cauzat de distribuția neuniformă a diferitelor componente din cristal.
(3) Stresul mecanic: cauzat de vibrația mecanică în timpul creșterii cristalelor.
În timpul creșterii monocristalului de safir, stresul termic este cea mai importantă formă a tuturor stresului. Principalele motive pentru stresul termic excesiv în cristal includ următoarele aspecte:
o. Rata de creștere este prea rapidă.
b. Câmpul de temperatură este nerezonabil și gradientul de temperatură este prea mare.
c. Viteza de răcire este prea mare.
d. Orientare cristal.
e. Dimensiunea cristalului.
ușoară stres
stres mediu
Dislocarea este un defect al rețelei cu o structură specială. Cristalul propriu-zis este supus acțiunii mediului extern sau diferitelor tensiuni interne în timpul cristalizării, iar aranjarea particulelor în interiorul cristalului este deformată și nu mai este ordonată într-o stare ideală de rețea, rezultând un defect liniar al cristalului numit dislocare.
Cauzele dislocărilor în cristalele de safir includ în principal următoarele trei aspecte:
o. Luxații primare: Dacă există dislocații în cristalul sămânță selectat, acestea pot fi extinse în cristale noi prin creștere. Dislocațiile din cristalul de sămânță includ dislocații inerente cristalului de sămânță, dislocații generate de stres excesiv în timpul procesării și dislocații generate de șocul termic în timpul însămânțării.
b. Dislocațiile sunt generate în timpul creșterii cristalelor. Sursele sale principale sunt:
(1) Gradienții de temperatură axial și radial ai cristalului din apropierea interfeței generează stres termic, ambele depășind valoarea critică.
(2) Modificări ale constantelor rețelei cauzate de segregarea componentelor: datorită prezenței atomilor de impurități în topitură, cristalele se vor solidifica succesiv în timpul procesului de solidificare, rezultând diferențe de compoziție și posibilă formare de dislocații.
(3) Defectele punctuale (locuri vacante și interstițiale) determină concentrarea locală a stresului.
(4) Influența vibrațiilor mecanice face ca cristalul să se îndoaie sau să se îndoaie și apare o diferență de fază între blocurile de cristal adiacente, formând astfel dislocații.
Concentrarea stresului este predispusă să apară în vecinătatea interfețelor, cum ar fi gemeni și granițele granulare din interiorul cristalului și în apropierea micro-fisurilor. Dacă stresul depășește stresul de alunecare, atunci când cristalul alunecă în această zonă, vor apărea dislocări în această zonă.
