Thành phần của Sapphire là Nhôm Oxide (Al 2O 3) và cấu trúc tinh thể của nó là cấu trúc mạng lục giác. Mặt phẳng C là chất nền sapphire được sử dụng phổ biến nhất. Do dải xuyên thấu quang rộng, nó có khả năng truyền ánh sáng tốt từ vùng cực tím đến hồng ngoại trung nên được sử dụng rộng rãi trong các thành phần quang học, thiết bị hồng ngoại, vật liệu thấu kính laser cường độ cao và vật liệu mặt nạ.
Hiện tại, chất lượng của đèn LED trắng và xanh lam có độ sáng cực cao phụ thuộc vào chất lượng vật liệu của GaN và chất lượng của GaN liên quan chặt chẽ đến chất lượng xử lý bề mặt của chất nền sapphire được sử dụng.
Gần đây, thị trường đã chuyển từ loại sapphire đơn tinh thể 2 inch sang 4 inch, 6 inch và 8 inch. Sự phát triển nhanh chóng của thị trường LED đòi hỏi sự phát triển của tinh thể sapphire có kích thước lớn, chất lượng cao và hiệu suất ổn định, điều này đặt ra yêu cầu cao hơn đối với công nghệ tăng trưởng sapphire. Tuy nhiên, trong quá trình phát triển của tinh thể sapphire đơn, thường có một số khuyết tật ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của sapphire, chẳng hạn như vết nứt tinh thể, trật khớp, tạp chất và tâm màu, bọt khí, v.v.
Dưới đây chúng tôi tập trung vào hai loại khuyết tật của tinh thể sapphire.
Trong quá trình tăng trưởng, việc tạo ra các ứng suất khác nhau bên trong tinh thể sẽ gây ra sự căng thẳng. Khi lực căng lớn hơn giới hạn đàn hồi của chính tinh thể thì tinh thể sẽ nứt. Ứng suất trong tinh thể chủ yếu bao gồm ba loại sau:
(1) Ứng suất nhiệt: Ứng suất nhiệt là một loại ứng suất bên trong do tinh thể nóng lên không đều và chênh lệch nhiệt độ, dẫn đến biến dạng giãn nở hoặc co lại không nhất quán của tinh thể và hạn chế lẫn nhau giữa các phần khác nhau của tinh thể. Vì vậy, miễn là có sự chênh lệch nhiệt độ trong tinh thể thì sẽ có ứng suất nhiệt.
(2) Ứng suất hóa học: do sự phân bố không đồng đều của các thành phần khác nhau trong tinh thể.
(3) Ứng suất cơ học: do rung động cơ học gây ra trong quá trình phát triển tinh thể.
Trong quá trình phát triển của tinh thể đơn sapphire, ứng suất nhiệt là dạng quan trọng nhất của mọi ứng suất. Những lý do chính gây ra ứng suất nhiệt quá mức trong tinh thể bao gồm các khía cạnh sau:
Một. Tốc độ tăng trưởng quá nhanh.
b. Trường nhiệt độ không hợp lý và độ dốc nhiệt độ quá lớn.
c. Tốc độ làm mát quá nhanh.
d. Định hướng tinh thể.
đ. Kích thước tinh thể.
căng thẳng nhẹ
căng thẳng trung bình
Trật khớp là một khiếm khuyết mạng có cấu trúc đặc biệt. Tinh thể thực tế chịu tác động của môi trường bên ngoài hoặc các ứng suất bên trong khác nhau trong quá trình kết tinh và sự sắp xếp của các hạt bên trong tinh thể bị biến dạng và không còn được sắp xếp thành trạng thái mạng lý tưởng, dẫn đến khiếm khuyết tuyến tính trong tinh thể được gọi là sự lệch vị trí.
Nguyên nhân gây ra sai lệch trong tinh thể sapphire chủ yếu bao gồm ba khía cạnh sau:
Một. Sự sai lệch sơ cấp: Nếu có sự sai lệch trong tinh thể hạt đã chọn, chúng có thể được mở rộng thành các tinh thể mới thông qua quá trình tăng trưởng. Những sai lệch trong tinh thể hạt bao gồm những sai lệch vốn có trong tinh thể hạt, những sai lệch do căng thẳng quá mức trong quá trình xử lý và những sai lệch do sốc nhiệt trong quá trình gieo hạt.
b. Sự sai lệch được tạo ra trong quá trình tăng trưởng tinh thể. Các nguồn chính của nó là:
(1) Độ dốc nhiệt độ hướng trục và hướng tâm của tinh thể gần mặt phân cách tạo ra ứng suất nhiệt, cả hai đều vượt quá giá trị tới hạn.
(2) Sự thay đổi hằng số mạng do sự phân tách thành phần: do sự có mặt của các nguyên tử tạp chất trong chất nóng chảy, các tinh thể sẽ đông cứng liên tục trong quá trình hóa rắn, dẫn đến sự khác biệt về thành phần và có thể hình thành các sai lệch.
(3) Các khuyết điểm (khoảng trống và kẽ hở) gây ra sự tập trung ứng suất cục bộ.
(4) Ảnh hưởng của rung động cơ học làm cho tinh thể bị lệch hoặc uốn cong, và xảy ra sự lệch pha giữa các khối tinh thể liền kề, từ đó hình thành sự lệch pha.
Sự tập trung ứng suất dễ xảy ra ở vùng lân cận của các bề mặt như cặp song sinh và ranh giới hạt bên trong tinh thể và gần các vết nứt vi mô. Nếu ứng suất vượt quá ứng suất trượt thì khi tinh thể trượt trong vùng này, sự lệch vị trí sẽ xảy ra ở vùng này.
