องค์ประกอบของแซฟไฟร์คืออะลูมิเนียมออกไซด์ (Al 2O 3) และโครงสร้างผลึกของมันคือโครงสร้างโครงตาข่ายหกเหลี่ยม C-plane เป็นซับสเตรตแซฟไฟร์ที่ใช้กันมากที่สุด เนื่องจากมีแถบเจาะแสงที่กว้าง จึงมีการส่องผ่านแสงที่ดีจากรังสีอัลตราไวโอเลตใกล้ถึงรังสีอินฟราเรดกลาง ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบทางแสง อุปกรณ์อินฟราเรด วัสดุเลนส์เลเซอร์ความเข้มสูง และวัสดุหน้ากาก
ปัจจุบันคุณภาพของ LED สีขาวและสีน้ำเงินความสว่างสูงพิเศษขึ้นอยู่กับคุณภาพวัสดุของ GaN และคุณภาพของ GaN มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณภาพการประมวลผลพื้นผิวของซับสเตรตแซฟไฟร์ที่ใช้
ล่าสุดตลาดได้เปลี่ยนจากแซฟไฟร์ผลึกเดี่ยวขนาด 2 นิ้วเป็นขนาด 4 นิ้ว, 6 นิ้ว และ 8 นิ้ว การพัฒนาอย่างรวดเร็วของตลาด LED จำเป็นต้องมีการเติบโตของคริสตัลแซฟไฟร์ที่มีขนาดใหญ่ คุณภาพสูง และประสิทธิภาพที่มั่นคง ซึ่งทำให้มีความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับเทคโนโลยีการเติบโตของแซฟไฟร์ อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการเจริญเติบโตของแซฟไฟร์ผลึกเดี่ยว มักมีข้อบกพร่องบางประการที่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของแซฟไฟร์ เช่น รอยแตกของคริสตัล การคลาดเคลื่อน สิ่งเจือปนและศูนย์กลางของสี ฟองอากาศ เป็นต้น
ด้านล่างนี้เราเน้นที่ข้อบกพร่องของคริสตัลแซฟไฟร์สองประเภท
ในระหว่างกระบวนการเติบโต การสร้างความเครียดต่างๆ ภายในคริสตัลจะทำให้เกิดความเครียด เมื่อความเครียดมากกว่าขีดจำกัดความยืดหยุ่นของคริสตัลเอง คริสตัลจะแตก ความเครียดในคริสตัลส่วนใหญ่มีสามประเภทดังต่อไปนี้:
(1) ความเครียดจากความร้อน: ความเครียดจากความร้อนเป็นความเครียดภายในชนิดหนึ่งที่เกิดจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของคริสตัลและความแตกต่างของอุณหภูมิ ส่งผลให้การขยายตัวหรือการหดตัวของคริสตัลไม่สอดคล้องกัน และการยับยั้งซึ่งกันและกันระหว่างส่วนต่าง ๆ ของคริสตัล ตราบใดที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิภายในคริสตัล ก็จะเกิดความเครียดจากความร้อน
(2) ความเครียดทางเคมี: เกิดจากการกระจายตัวของส่วนประกอบต่าง ๆ ในคริสตัลไม่สม่ำเสมอ
(3) ความเครียดทางกล: เกิดจากการสั่นสะเทือนทางกลระหว่างการเติบโตของคริสตัล
ในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยวแซฟไฟร์ ความเครียดจากความร้อนเป็นรูปแบบที่สำคัญที่สุดของความเครียดทั้งหมด สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนมากเกินไปในคริสตัลมีสาเหตุดังต่อไปนี้:
ก. อัตราการเติบโตเร็วเกินไป
ข. สนามอุณหภูมิไม่สมเหตุสมผลและการไล่ระดับอุณหภูมิใหญ่เกินไป
ค. อัตราการทำความเย็นเร็วเกินไป
ง. การวางแนวคริสตัล
จ. ขนาดคริสตัล.
ความเครียดเล็กน้อย
ความเครียดปานกลาง
ความคลาดเคลื่อนเป็นข้อบกพร่องขัดแตะที่มีโครงสร้างพิเศษ คริสตัลที่เกิดขึ้นจริงจะขึ้นอยู่กับการกระทำของสภาพแวดล้อมภายนอกหรือความเครียดภายในต่างๆ ในระหว่างการตกผลึก และการจัดเรียงของอนุภาคภายในคริสตัลจะผิดรูปและไม่ได้จัดอยู่ในสถานะขัดแตะในอุดมคติอีกต่อไป ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องเชิงเส้นในคริสตัลที่เรียกว่าความคลาดเคลื่อน
สาเหตุของการเคลื่อนตัวของคริสตัลแซฟไฟร์มีสาเหตุหลักๆ อยู่ 3 ประการดังต่อไปนี้
ก. การเคลื่อนตัวหลัก: หากมีการเคลื่อนตัวในผลึกเมล็ดที่เลือก พวกมันสามารถขยายไปสู่ผลึกใหม่ผ่านการเติบโต การเคลื่อนตัวในผลึกเมล็ดรวมถึงการเคลื่อนตัวที่มีอยู่ในผลึกเมล็ด การเคลื่อนตัวที่เกิดจากความเครียดที่มากเกินไปในระหว่างกระบวนการผลิต และการเคลื่อนตัวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันในระหว่างการเพาะเมล็ด
ข. ความคลาดเคลื่อนเกิดขึ้นระหว่างการเติบโตของคริสตัล แหล่งที่มาหลักคือ:
(1) การไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนและแนวรัศมีของคริสตัลใกล้กับส่วนต่อประสานทำให้เกิดความเครียดจากความร้อน ซึ่งทั้งสองค่านี้เกินค่าวิกฤต
(2) การเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ของโครงตาข่ายที่เกิดจากการแยกส่วนประกอบ: เนื่องจากการมีอยู่ของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ในการหลอมละลาย ผลึกจะแข็งตัวอย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการแข็งตัว ส่งผลให้เกิดความแตกต่างในองค์ประกอบและการก่อตัวของการเคลื่อนที่ที่เป็นไปได้
(3) จุดบกพร่อง (ตำแหน่งว่างและโฆษณาคั่นระหว่างหน้า) ทำให้เกิดความเข้มข้นของความเครียดในท้องถิ่น
(4) อิทธิพลของการสั่นสะเทือนทางกลทำให้คริสตัลเบี่ยงเบนหรือโค้งงอ และเกิดความแตกต่างของเฟสระหว่างบล็อกคริสตัลที่อยู่ติดกัน ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อน
ความเข้มข้นของความเครียดมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงของส่วนต่อประสาน เช่น ฝาแฝดและขอบเขตของเกรนภายในคริสตัลและใกล้กับรอยแตกขนาดเล็ก หากความเค้นเกินความเค้นสลิป เมื่อคริสตัลเลื่อนเข้ามาในบริเวณนี้ ความคลาดเคลื่อนจะเกิดขึ้นในบริเวณนี้
