Састав сафира је алуминијум оксид (Ал 2О 3), а његова кристална структура је хексаедарска структура решетке. Ц-раван је најчешће коришћена сафирна подлога. Због свог широког опсега оптичке пенетрације, има добру пропусност светлости од скоро ултраљубичастог до средњег инфрацрвеног, тако да се широко користи у оптичким компонентама, инфрацрвеним уређајима, ласерским материјалима високог интензитета и материјалима за маске.
Тренутно, квалитет беле и плаве ЛЕД диоде ултра-високе осветљености зависи од квалитета материјала ГаН, а квалитет ГаН је уско повезан са квалитетом обраде површине коришћеног сафирног супстрата.
Недавно се тржиште померило са сафирног монокристала од 2 инча на 4 инча, 6 инча и 8 инча. Брзи развој ЛЕД тржишта захтева раст сафирних кристала велике величине, високог квалитета и стабилних перформанси, што поставља веће захтеве за технологију раста сафира. Међутим, у процесу раста монокристала сафира, често постоје неки недостаци који значајно утичу на перформансе сафира, као што су кристалне пукотине, дислокације, нечистоће и центри боје, мехурићи ваздуха итд.
У наставку се фокусирамо на две врсте дефеката сафирног кристала.
Током процеса раста, стварање различитих напона унутар кристала ће изазвати напрезање. Када је напрезање веће од границе еластичности самог кристала, кристал ће пуцати. Напрезање у кристалу углавном укључује следеће три врсте:
(1) Термички стрес: Термички стрес је врста унутрашњег напрезања узрокованог неравномерним загревањем кристала и температурном разликом, што доводи до недоследне деформације кристала у експанзији или контракцији, и међусобног ограничавања између различитих делова кристала. Дакле, све док постоји температурни градијент унутар кристала, постојаће топлотни стрес.
(2) Хемијски стрес: узрокован неравномерном расподелом различитих компоненти у кристалу.
(3) Механички стрес: узрокован механичким вибрацијама током раста кристала.
Током раста монокристала сафира, термички стрес је најважнији облик свих стресова. Главни разлози за прекомерни термички стрес у кристалу укључују следеће аспекте:
а. Стопа раста је пребрза.
б. Температурно поље је неразумно и температурни градијент је превелик.
ц. Брзина хлађења је пребрза.
д. Кристална оријентација.
е. Величина кристала.
благи стрес
средњи стрес
Дислокација је дефект решетке са посебном структуром. Стварни кристал је подвргнут деловању спољашњег окружења или различитим унутрашњим напонима током кристализације, а распоред честица унутар кристала се деформише и више није уређен у идеално стање решетке, што резултира линеарним дефектом у кристалу који се назива дислокација.
Узроци дислокација у кристалима сафира углавном укључују следећа три аспекта:
а. Примарне дислокације: Ако постоје дислокације у одабраном кристалу семена, оне се могу проширити у нове кристале кроз раст. Дислокације у кристалу семена обухватају дислокације које су инхерентне кристалу семена, дислокације настале услед превеликог напрезања током обраде и дислокације настале термичким ударом током засијавања.
б. Дислокације се стварају током раста кристала. Његови главни извори су:
(1) Аксијални и радијални температурни градијенти кристала у близини интерфејса стварају топлотно напрезање, од којих оба прелазе критичну вредност.
(2) Промене у константама решетке изазване сегрегацијом компоненти: услед присуства атома нечистоћа у топљењу, кристали ће се сукцесивно очврснути током процеса очвршћавања, што ће резултирати разликама у саставу и могућим формирањем дислокација.
(3) Тачкасти дефекти (ваканси и интерстицијали) изазивају локалну концентрацију напона.
(4) Утицај механичке вибрације доводи до отклона или савијања кристала и долази до фазне разлике између суседних кристалних блокова, чиме се формирају дислокације.
Концентрација напона је склона да се јавља у близини интерфејса као што су близанци и границе зрна унутар кристала и близу микро-пукотина. Ако напон премашује напон клизања, када кристал клизи у овој области, у овој области ће доћи до дислокација.
