El zafiro es un monocristal de alúmina, perteneciente al sistema cristalino tripartito, de estructura hexagonal. Su estructura cristalina está compuesta por tres átomos de oxígeno y dos de aluminio en tipo de enlace covalente, dispuestos muy estrechamente, con una fuerte cadena de enlace y energía reticular. Mientras que su interior cristalino casi no presenta impurezas ni defectos, por lo que posee excelentes características de aislamiento eléctrico, transparencia, buena conductividad térmica y alta rigidez. Ampliamente utilizado como ventana óptica y materiales de sustrato de alto rendimiento. Sin embargo, la estructura molecular del zafiro es compleja y existe anisotropía, y el impacto en las propiedades físicas correspondientes también es muy diferente para el procesamiento y uso de diferentes direcciones cristalinas, por lo que el uso también es diferente. En general, los sustratos de zafiro están disponibles en direcciones de los planos C, R, A y M.
La aplicación deoblea de zafiro en el plano C
El nitruro de galio (GaN), como semiconductor de tercera generación con ancho de banda prohibida amplio, presenta un amplio ancho de banda prohibido directo, un fuerte enlace atómico, alta conductividad térmica, buena estabilidad química (prácticamente no se corroe con ácidos) y una alta capacidad antirradiación. Además, presenta amplias posibilidades de aplicación en optoelectrónica, dispositivos de alta temperatura y potencia, y dispositivos de microondas de alta frecuencia. Sin embargo, debido al alto punto de fusión del GaN, resulta difícil obtener materiales monocristalinos de gran tamaño, por lo que se suele recurrir al crecimiento por heteroepitaxia en otros sustratos, lo que impone mayores requisitos a los materiales de sustrato.
En comparación con elsustrato de zafiroCon otras caras de cristal, la tasa de desajuste de la constante de red entre la oblea de zafiro del plano C (orientación <0001>) y las películas depositadas en los grupos Ⅲ-Ⅴ y Ⅱ-Ⅵ (como GaN) es relativamente pequeña, y la tasa de desajuste de la constante de red entre los dos y elPelículas de AlNEl material que se puede utilizar como capa amortiguadora es aún más pequeño y cumple con los requisitos de resistencia a altas temperaturas en el proceso de cristalización de GaN. Por lo tanto, es un sustrato común para el crecimiento de GaN, que puede emplearse para fabricar LED blancos, azules y verdes, diodos láser, detectores infrarrojos, etc.
Cabe mencionar que la película de GaN cultivada en el sustrato de zafiro del plano C crece a lo largo de su eje polar, es decir, la dirección del eje C, lo que no solo es un proceso de crecimiento maduro y un proceso de epitaxia, un costo relativamente bajo, propiedades físicas y químicas estables, sino también un mejor rendimiento de procesamiento. Los átomos de la oblea de zafiro orientada al C están unidos en una disposición O-al-al-o-al-O, mientras que los cristales de zafiro orientados a M y A están unidos en al-O-al-O. Debido a que Al-Al tiene una energía de enlace menor y un enlace más débil que Al-O, en comparación con los cristales de zafiro orientados a M y A, el procesamiento del zafiro C es principalmente para abrir la llave Al-Al, que es más fácil de procesar y puede obtener una mayor calidad superficial, y luego obtener una mejor calidad epitaxial de nitruro de galio, que puede mejorar la calidad del LED blanco/azul de brillo ultra alto. Por otro lado, las películas que crecen a lo largo del eje C tienen efectos de polarización espontánea y piezoeléctrica, lo que resulta en un fuerte campo eléctrico interno dentro de las películas (pozos cuánticos de capa activa), lo que reduce en gran medida la eficiencia luminosa de las películas de GaN.
oblea de zafiro en el plano Asolicitud
Debido a su excelente rendimiento integral, especialmente su excelente transmitancia, el cristal único de zafiro puede mejorar el efecto de penetración infrarroja y convertirse en un material ideal para ventanas de infrarrojo medio, que se ha utilizado ampliamente en equipos fotoeléctricos militares. Donde el zafiro A es un plano polar (plano C) en la dirección normal de la cara, es una superficie no polar. Generalmente, la calidad del cristal de zafiro orientado A es mejor que la del cristal orientado C, con menos dislocación, menos estructura de mosaico y una estructura cristalina más completa, por lo que tiene un mejor rendimiento de transmisión de luz. Al mismo tiempo, debido al modo de enlace atómico Al-O-Al-O en el plano a, la dureza y la resistencia al desgaste del zafiro orientado A son significativamente mayores que las del zafiro orientado C. Por lo tanto, los chips direccionales A se utilizan principalmente como materiales para ventanas; Además, el zafiro A posee una constante dieléctrica uniforme y altas propiedades de aislamiento, lo que lo hace apto para la tecnología microelectrónica híbrida, así como para el desarrollo de excelentes conductores, como el uso de TlBaCaCuO (TbBaCaCuO) y Tl-2212, y para el desarrollo de películas superconductoras epitaxiales heterogéneas sobre un sustrato compuesto de zafiro de óxido de cerio (CeO₂). Sin embargo, debido a la alta energía de enlace del Al-O, su procesamiento es más difícil.
Aplicación deOblea de zafiro plana R/M
El plano R es la superficie no polar de un zafiro, por lo que el cambio en su posición en un dispositivo de zafiro le confiere diferentes propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y ópticas. En general, el sustrato de zafiro con superficie R se prefiere para la deposición heteroepitaxial de silicio, principalmente para aplicaciones en semiconductores, microondas y circuitos integrados de microelectrónica. En la producción de plomo, otros componentes superconductores y resistencias de alta resistencia, el arseniuro de galio también puede utilizarse para el crecimiento de sustratos de tipo R. Actualmente, con la popularidad de los teléfonos inteligentes y las tabletas, el sustrato de zafiro con cara R ha sustituido a los dispositivos de soldadura por arco sumergido (SAW) compuestos existentes para teléfonos inteligentes y tabletas, proporcionando un sustrato para dispositivos que puede mejorar el rendimiento.
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Hora de publicación: 16 de julio de 2024