Zloženie zafíru je oxid hlinitý (Al 2O 3) a jeho kryštálová štruktúra je hexaedrická mriežková štruktúra. C-plane je najčastejšie používaný zafírový substrát. Vďaka svojmu širokému optickému penetračnému pásmu má dobrú priepustnosť svetla od blízkeho ultrafialového po stredné infračervené, takže je široko používaný v optických komponentoch, infračervených zariadeniach, materiáloch vysokointenzívnych laserových šošoviek a materiáloch na masky.
V súčasnosti kvalita ultravysokej svietivosti bielej a modrej LED závisí od kvality materiálu GaN a kvalita GaN úzko súvisí s kvalitou povrchového spracovania použitého zafírového substrátu.
Nedávno sa trh posunul z 2-palcového zafírového monokryštálu na 4-palcové, 6-palcové a 8-palcové. Rýchly rozvoj trhu LED vyžaduje rast zafírových kryštálov veľkých rozmerov, vysokej kvality a stabilného výkonu, čo kladie vyššie požiadavky na technológiu rastu zafírov. V procese rastu zafírového monokryštálu sa však často vyskytujú niektoré defekty, ktoré výrazne ovplyvňujú výkon zafíru, ako sú praskliny kryštálov, dislokácie, nečistoty a farebné centrá, vzduchové bubliny atď.
Nižšie sa zameriame na dva typy defektov zafírového kryštálu.
Počas procesu rastu spôsobí vznik rôznych napätí vo vnútri kryštálu napätie. Keď je napätie väčšie ako medza pružnosti samotného kryštálu, kryštál praskne. Napätie v kryštáli zahŕňa najmä tieto tri typy:
(1) Tepelné napätie: Tepelné napätie je druh vnútorného napätia spôsobeného nerovnomerným zahrievaním kryštálu a teplotným rozdielom, čo vedie k nekonzistentnej expanzii alebo kontrakčnej deformácii kryštálu a vzájomnému obmedzeniu medzi rôznymi časťami kryštálu. Takže pokiaľ je v kryštáli teplotný gradient, dochádza k tepelnému namáhaniu.
(2) Chemické napätie: spôsobené nerovnomerným rozložením rôznych zložiek v kryštáli.
(3) Mechanické napätie: spôsobené mechanickými vibráciami počas rastu kryštálov.
Počas rastu zafírového monokryštálu je tepelný stres najdôležitejšou formou všetkého stresu. Medzi hlavné dôvody nadmerného tepelného namáhania kryštálu patria nasledujúce aspekty:
a. Tempo rastu je príliš rýchle.
b. Teplotné pole je neprimerané a teplotný gradient je príliš veľký.
c. Rýchlosť chladenia je príliš vysoká.
d. Orientácia kryštálov.
e. Veľkosť kryštálu.
mierny stres
stredný stres
Dislokácia je mriežkový defekt so špeciálnou štruktúrou. Samotný kryštál je počas kryštalizácie vystavený pôsobeniu vonkajšieho prostredia alebo rôznym vnútorným napätiam a usporiadanie častíc vo vnútri kryštálu sa deformuje a už nie je usporiadané do ideálneho mriežkového stavu, čo vedie k lineárnemu defektu kryštálu nazývanému dislokácia.
Príčiny dislokácií v zafírových kryštáloch zahŕňajú najmä tieto tri aspekty:
a. Primárne dislokácie: Ak sú vo vybranom zárodočnom kryštáli dislokácie, môžu sa rastom rozšíriť na nové kryštály. Dislokácie v zárodočnom kryštáli zahŕňajú dislokácie vlastné zárodočnému kryštálu, dislokácie generované nadmerným namáhaním počas spracovania a dislokácie spôsobené tepelným šokom počas očkovania.
b. Dislokácie vznikajú počas rastu kryštálov. Jeho hlavné zdroje sú:
(1) Axiálne a radiálne teplotné gradienty kryštálu v blízkosti rozhrania vytvárajú tepelné napätie, ktoré oba prekračuje kritickú hodnotu.
(2) Zmeny mriežkových konštánt spôsobené segregáciou komponentov: v dôsledku prítomnosti atómov nečistôt v tavenine budú kryštály počas procesu tuhnutia postupne tuhnúť, čo má za následok rozdiely v zložení a možnú tvorbu dislokácií.
(3) Bodové defekty (vakancie a intersticiály) spôsobujú lokálnu koncentráciu napätia.
(4) Vplyv mechanických vibrácií spôsobuje, že kryštál sa vychyľuje alebo ohýba a medzi susednými kryštálovými blokmi dochádza k fázovému rozdielu, čím sa vytvárajú dislokácie.
Koncentrácia napätia je náchylná na výskyt v blízkosti rozhraní, ako sú dvojčatá a hranice zŕn vo vnútri kryštálu a blízko mikrotrhlín. Ak napätie presiahne sklzové napätie, pri skĺznutí kryštálu v tejto oblasti dôjde k dislokáciám v tejto oblasti.
