Сапфирът е единичен кристал от алуминиев оксид, принадлежи към тристранната кристална система, шестоъгълна структура, неговата кристална структура е съставена от три кислородни атома и два алуминиеви атома в тип ковалентна връзка, подредени много тясно, със силна верига на свързване и енергия на решетката, докато неговата кристален интериор почти няма примеси или дефекти, така че има отлична електрическа изолация, прозрачност, добра топлопроводимост и високи характеристики на твърдост. Широко използван като оптичен прозорец и високоефективни субстратни материали. Въпреки това, молекулярната структура на сапфира е сложна и има анизотропия, а въздействието върху съответните физични свойства също е много различно за обработката и използването на различни кристални посоки, така че употребата също е различна. Като цяло сапфирените субстрати се предлагат в посоки C, R, A и M.
Приложението наСапфирена пластина със С-равнина
Галиевият нитрид (GaN) като полупроводник от трето поколение с широка забранена лента, има широка директна забранена зона, силна атомна връзка, висока топлопроводимост, добра химическа стабилност (почти не се разяжда от никаква киселина) и силна способност срещу облъчване и има широки перспективи в приложението на оптоелектроника, високотемпературни и енергийни устройства и високочестотни микровълнови устройства. Въпреки това, поради високата точка на топене на GaN, е трудно да се получат монокристални материали с голям размер, така че обичайният начин е да се извърши растеж на хетероепитаксия върху други субстрати, което има по-високи изисквания за субстратни материали.
В сравнение ссапфирена подложкас други кристални повърхности, степента на несъответствие на константата на решетката между сапфирената пластина в C-равнината (<0001>) и филмите, отложени в групи Ⅲ-Ⅴ и Ⅱ-Ⅵ (като GaN) е относително малка и несъответствието на константата на решетката процент 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, това е общ субстратен материал за растеж на GaN, който може да се използва за производство на бели/сини/зелени светодиоди, лазерни диоди, инфрачервени детектори и т.н.
Струва си да се спомене, че GaN филмът, отгледан върху сапфировия субстрат на C-равнината, расте по своята полярна ос, тоест посоката на C-оста, което не е само зрял процес на растеж и процес на епитаксия, относително ниска цена, стабилна физическа и химични свойства, но и по-добра производителност на обработка. Атомите на C-ориентираната сапфирена пластина са свързани в подредба O-al-al-o-al-O, докато M-ориентираните и A-ориентираните сапфирови кристали са свързани в al-O-al-O. Тъй като Al-Al има по-ниска енергия на свързване и по-слабо свързване от Al-O, в сравнение с M-ориентираните и A-ориентираните сапфирови кристали, обработката на C-сапфир е главно за отваряне на Al-Al ключа, който е по-лесен за обработка , и може да получи по-високо качество на повърхността и след това да получи по-добро епитаксиално качество на галиев нитрид, което може да подобри качеството на бял/син светодиод със свръхвисока яркост. От друга страна, филмите, отглеждани по C-ос, имат спонтанни и пиезоелектрични поляризационни ефекти, което води до силно вътрешно електрическо поле вътре във филмите (квантови кладенци на активния слой), което значително намалява светлинната ефективност на GaN филмите.
А-плоска сапфирена пластинаприложение
Поради отличната си всеобхватна производителност, особено отличната пропускливост, сапфирният монокристал може да подобри ефекта на инфрачервено проникване и да се превърне в идеален материал за прозорци със средна инфрачервена светлина, който се използва широко във военното фотоелектрическо оборудване. Когато сапфирът е полярна равнина (равнина C) в нормалната посока на лицето, това е неполярна повърхност. Като цяло качеството на A-ориентирания сапфирен кристал 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-добро предаване на светлина. В същото време, поради режима на атомно свързване Al-O-Al-O в равнина a, твърдостта и устойчивостта на износване на A-ориентирания сапфир са значително по-високи от тези на C-ориентирания сапфир. Следователно чиповете с A-посока се използват най-вече като материали за прозорци; В допълнение, A сапфирът също има еднаква диелектрична константа и високи изолационни свойства, така че може да се прилага за хибридна микроелектронна технология, но също така и за растежа на превъзходни проводници, като използването на TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, растежа на хетерогенни епитаксиални свръхпроводящи филми върху композитен субстрат от сапфир от цериев оксид (CeO2). Въпреки това, поради голямата енергия на връзката на Al-O, той е по-труден за обработка.
Приложение наR/M плоскостна 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, R-повърхностният сапфирен субстрат е предпочитан за хетероепитаксиално отлагане на силиций, главно за приложения на интегрални схеми в полупроводници, микровълни и микроелектроника, в производството на олово, други свръхпроводящи компоненти, резистори с високо съпротивление, галиевият арсенид също може да се използва за R- тип растеж на субстрата. Понастоящем, с популярността на смарт телефоните и таблетните компютърни системи, сапфирният субстрат с R-face замени съществуващите комбинирани SAW устройства, използвани за смартфони и таблетни компютри, осигурявайки субстрат за устройства, които могат да подобрят производителността.
Ако има нарушение, изтрийте контакта
Време на публикуване: 16 юли 2024 г