Safir je monokristal aluminijevega oksida, ki spada v tridelni kristalni sistem s heksagonalno strukturo. Njegova kristalna struktura je sestavljena iz treh atomov kisika in dveh atomov aluminija, ki so v kovalentni vezi zelo tesno razporejeni, z močno vezno verigo in energijo mreže. V notranjosti kristala skoraj ni nečistoč ali napak, zato ima odlično električno izolacijo, prosojnost, dobro toplotno prevodnost in visoko togost. Pogosto se uporablja kot optični okenski in visokozmogljivi substratni material. Vendar pa je molekularna struktura safirja kompleksna in ima anizotropijo, vpliv na ustrezne fizikalne lastnosti pa se zelo razlikuje glede na obdelavo in uporabo različnih kristalnih smeri, zato se tudi uporaba razlikuje. Na splošno so safirni substrati na voljo v smereh ravnin C, R, A in M.
UporabaSafirna rezina v ravnini C
Galijev nitrid (GaN) kot polprevodnik tretje generacije s široko pasovno vrzeljo ima široko neposredno pasovno vrzel, močno atomsko vez, visoko toplotno prevodnost, dobro kemijsko stabilnost (skoraj ne korodira zaradi kislin) in močno odpornost proti obsevanju ter ima široke možnosti za uporabo v optoelektroniki, visokotemperaturnih in energetskih napravah ter visokofrekvenčnih mikrovalovnih napravah. Vendar pa je zaradi visokega tališča GaN težko pridobiti velike monokristalne materiale, zato je običajna metoda heteroepitaksijalna rast na drugih substratih, kar ima višje zahteve glede materialov substratov.
V primerjavi zsafirni substratPri drugih kristalnih ploskvah je stopnja neusklajenosti mrežne konstante med safirno rezino v ravnini C (orientacija <0001>) in filmi, nanesenimi v skupinah Ⅲ-Ⅴ in Ⅱ-Ⅵ (kot je GaN), relativno majhna, stopnja neusklajenosti mrežne konstante pa med obema inAlN folijeki se lahko uporabi kot vmesna plast, je še manjša in izpolnjuje zahteve glede visoke temperaturne odpornosti v procesu kristalizacije GaN. Zato je pogost substratni material za rast GaN, ki se lahko uporablja za izdelavo belih/modrih/zelenih LED diod, laserskih diod, infrardečih detektorjev itd.
Omeniti velja, da film GaN, vzgojen na safirni podlagi v ravnini C, raste vzdolž svoje polarne osi, torej v smeri osi C, kar ni le proces zrele rasti in epitaksije, relativno nizki stroški, stabilne fizikalne in kemijske lastnosti, temveč tudi boljša zmogljivost obdelave. Atomi v safirni rezini, usmerjeni v C, so vezani v razporeditvi O-al-al-o-al-O, medtem ko so safirni kristali, usmerjeni v M in A, vezani v al-O-al-O. Ker ima Al-Al nižjo energijo vezave in šibkejšo vez kot Al-O v primerjavi s safirnimi kristali, usmerjenimi v M in A, je obdelava C-safirja namenjena predvsem odpiranju ključa Al-Al, ki ga je lažje obdelovati in omogoča doseganje višje kakovosti površine, ter boljše epitaksialne kakovosti galijevega nitrida, kar lahko izboljša kakovost ultra visoke svetlosti belih/modrih LED diod. Po drugi strani pa imajo filmi, vzgojeni vzdolž osi C, spontane in piezoelektrične polarizacijske učinke, kar povzroči močno notranje električno polje znotraj filmov (kvantne jamice aktivne plasti), kar močno zmanjša svetlobni izkoristek filmov GaN.
Safirna rezina v ravnini Aaplikacija
Zaradi odlične celovite zmogljivosti, zlasti odlične prepustnosti, lahko monokristal safirja izboljša učinek prodiranja infrardeče svetlobe in postane idealen material za okna v srednjem infrardečem območju, ki se pogosto uporablja v vojaški fotoelektrični opremi. Kjer je safir A polarna ravnina (ravnina C) v normalni smeri ploskve, je površina nepolarna. Na splošno je kakovost safirnega kristala, usmerjenega v A, boljša od kakovosti kristala, usmerjenega v C, z manj dislokacijami, manj mozaično strukturo in bolj popolno kristalno strukturo, zato ima boljši prenos svetlobe. Hkrati sta zaradi atomske vezi Al-O-Al-O v ravnini a trdota in odpornost proti obrabi safirja, usmerjenega v A, bistveno višji od safirja, usmerjenega v C. Zato se kot materiali za okna večinoma uporabljajo čipi, usmerjeni v A; Poleg tega ima safir A enakomerno dielektrično konstanto in visoke izolacijske lastnosti, zato se lahko uporablja v hibridni mikroelektronski tehnologiji, pa tudi za rast odličnih prevodnikov, kot je uporaba TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, za rast heterogenih epitaksialnih superprevodnih filmov na kompozitnem substratu iz cerijevega oksida (CeO2) safirja. Vendar pa ga je zaradi velike energije vezi Al-O težje obdelati.
UporabaR/M ravninska safirna rezina
R-ravnina je nepolarna površina safirja, zato sprememba položaja R-ravnine v safirni napravi daje različnim mehanskim, toplotnim, električnim in optičnim lastnostim. Na splošno je safirni substrat s površino R prednosten za heteroepitaksialno nanašanje silicija, predvsem za polprevodniške, mikrovalovne in mikroelektronske integrirane vezja, pri proizvodnji svinca, drugih superprevodnih komponent, visokoupornih uporov, galijev arzenid pa se lahko uporablja tudi za rast substrata tipa R. Trenutno je safirni substrat s priljubljenostjo pametnih telefonov in tabličnih računalnikov nadomestil obstoječe sestavljene SAW naprave, ki se uporabljajo za pametne telefone in tablične računalnike, ter tako zagotovil substrat za naprave, ki lahko izboljšajo delovanje.
Če pride do kršitve, se obrnite na izbris
Čas objave: 16. julij 2024