Сапфирът е монокристал от алуминиев оксид, принадлежи към триделната кристална система с хексагонална структура. Кристалната му структура се състои от три кислородни атома и два алуминиеви атома, разположени ковалентно, много плътно един до друг, със силна верига и енергия на решетката. Вътрешността на кристала почти не съдържа примеси или дефекти, така че има отлична електрическа изолация, прозрачност, добра топлопроводимост и висока твърдост. Широко се използва като материал за оптични прозорци и високоефективни субстрати. Молекулярната структура на сапфира обаче е сложна и има анизотропия, а въздействието върху съответните физични свойства е много различно при обработка и употреба в различни кристални посоки, така че употребата му също е различна. Като цяло, сапфирените субстрати се предлагат в равнини C, R, A и M.
Прилагането наСапфирена пластина в C-равнина
Галиевият нитрид (GaN) е полупроводник от трето поколение с широка забранена зона, има широка директна забранена зона, силна атомна връзка, висока топлопроводимост, добра химическа стабилност (почти не се корозира от никакви киселини) и силна устойчивост на облъчване, и има широки перспективи в приложението в оптоелектрониката, устройствата за висока температура и мощност и високочестотните микровълнови устройства. Поради високата точка на топене на GaN обаче е трудно да се получат монокристални материали с големи размери, така че обичайният начин е да се извършва хетероепитаксиален растеж върху други субстрати, което има по-високи изисквания към материалите на субстрата.
В сравнение ссапфирен субстратПри други кристални повърхности, степента на несъответствие на константите на решетката между сапфирената пластина с C-равнина (<0001> ориентация) и филмите, отложени в групи Ⅲ-Ⅴ и Ⅱ-Ⅵ (като GaN), е относително малка, а степента на несъответствие на константите на решетката между двете иAlN филмикойто може да се използва като буферен слой, е още по-малък и отговаря на изискванията за устойчивост на висока температура в процеса на кристализация на GaN. Следователно, той е често срещан материал за подложка за растеж на GaN, който може да се използва за направата на бели/сини/зелени светодиоди, лазерни диоди, инфрачервени детектори и т.н.
Заслужава да се отбележи, че GaN филмът, отгледан върху C-равнинния сапфирен субстрат, расте по полярната си ос, т.е. по посока на C-оста, което е не само зрял процес на растеж и епитаксия, относително ниска цена, стабилни физични и химични свойства, но и по-добри технологични характеристики. Атомите на C-ориентираната сапфирена пластина са свързани в O-al-al-o-al-O подредба, докато M-ориентираните и A-ориентираните сапфирени кристали са свързани в al-O-al-O. Тъй като Al-Al има по-ниска енергия на свързване и по-слаба връзка от Al-O в сравнение със M-ориентираните и A-ориентираните сапфирени кристали, обработката на C-сапфир се състои главно в отваряне на Al-Al ключа, който е по-лесен за обработка и може да се получи по-високо качество на повърхността, а след това и по-добро качество на епитаксиалната епитаксия на галиев нитрид, което може да подобри качеството на ултра-високояркия бял/син светодиод. От друга страна, филмите, отглеждани по оста C, имат спонтанни и пиезоелектрични поляризационни ефекти, което води до силно вътрешно електрическо поле вътре във филмите (квантови ямки на активния слой), което значително намалява светлинната ефективност на GaN филмите.
Сапфирена пластина с А-равнинаприложение
Поради отличните си цялостни характеристики, особено отличната пропускливост, сапфиреният монокристал може да подобри ефекта на проникване на инфрачервения спектър и да се превърне в идеален материал за прозорци в средния инфрачервен спектър, който се използва широко във военно фотоелектрическо оборудване. Където А сапфирът е полярна равнина (C равнина) в нормалната посока на повърхността, той е неполярна повърхност. Като цяло, качеството на А-ориентирания сапфир е по-добро от това на C-ориентирания кристал, с по-малко дислокации, по-малко мозаечна структура и по-пълна кристална структура, така че има по-добри характеристики на пропускане на светлина. В същото време, поради атомния режим на свързване Al-O-Al-O в равнина a, твърдостта и износоустойчивостта на А-ориентирания сапфир са значително по-високи от тези на C-ориентирания сапфир. Следователно, А-ориентираните чипове се използват най-вече като материали за прозорци; В допълнение, сапфирът А има равномерна диелектрична константа и високи изолационни свойства, така че може да се използва в хибридната микроелектронна технология, но също така и за растежа на превъзходни проводници, като например използването на TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, за растежа на хетерогенни епитаксиални свръхпроводящи филми върху сапфирен композитен субстрат от цериев оксид (CeO2). Въпреки това, поради голямата енергия на връзката Al-O, той е по-труден за обработка.
Приложение наR/M плоска сапфирена пластина
R-равнината е неполярната повърхност на сапфира, така че промяната в позицията на R-равнината в сапфирено устройство му придава различни механични, термични, електрически и оптични свойства. Като цяло, сапфиреният субстрат с R-повърхност е предпочитан за хетероепитаксиално отлагане на силиций, главно за приложения в полупроводникови, микровълнови и микроелектронни интегрални схеми, при производството на олово, други свръхпроводящи компоненти, високосъпротивителни резистори, а галиев арсенид може да се използва и за растеж на R-тип субстрат. В момента, с популярността на смартфоните и таблетните компютри, сапфиреният субстрат с R-повърхност замени съществуващите комбинирани SAW устройства, използвани за смартфони и таблетни компютри, осигурявайки субстрат за устройства, които могат да подобрят производителността.
Ако има нарушение, свържете се с отдела за изтриване
Време на публикуване: 16 юли 2024 г.