Sapphire là tinh thể đơn của nhôm oxit, thuộc hệ tinh thể ba phần, cấu trúc lục giác. Cấu trúc tinh thể của nó bao gồm ba nguyên tử oxy và hai nguyên tử nhôm theo kiểu liên kết cộng hóa trị, được sắp xếp rất chặt chẽ, có chuỗi liên kết và năng lượng mạng mạnh. Bên trong tinh thể hầu như không có tạp chất hay khuyết tật, do đó có khả năng cách điện, độ trong suốt, độ dẫn nhiệt tốt và độ cứng cao. Được sử dụng rộng rãi làm vật liệu nền cửa sổ quang học và hiệu suất cao. Tuy nhiên, cấu trúc phân tử của sapphire rất phức tạp và có tính dị hướng, ảnh hưởng đến các tính chất vật lý tương ứng cũng rất khác nhau đối với việc xử lý và sử dụng các hướng tinh thể khác nhau, do đó mục đích sử dụng cũng khác nhau. Nhìn chung, các hướng của mặt phẳng sapphire có sẵn là C, R, A và M.
Ứng dụng củaTấm wafer sapphire mặt phẳng C
Gallium nitride (GaN) là chất bán dẫn thế hệ thứ ba có khoảng cách dải rộng, có liên kết nguyên tử mạnh, độ dẫn nhiệt cao, độ ổn định hóa học tốt (gần như không bị ăn mòn bởi bất kỳ loại axit nào) và khả năng chống bức xạ mạnh, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong quang điện tử, thiết bị nhiệt độ cao và công suất cao, cũng như thiết bị vi sóng tần số cao. Tuy nhiên, do điểm nóng chảy cao của GaN, việc chế tạo vật liệu đơn tinh thể kích thước lớn gặp khó khăn, do đó phương pháp phổ biến là nuôi cấy dị epitaxy trên các chất nền khác, vốn có yêu cầu cao hơn về vật liệu nền.
So vớinền sapphirevới các mặt tinh thể khác, tỷ lệ không khớp hằng số mạng giữa tấm wafer sapphire mặt phẳng C (hướng <0001>) và các màng được lắng đọng trong nhóm Ⅲ-Ⅴ và Ⅱ-Ⅵ (chẳng hạn như GaN) tương đối nhỏ và tỷ lệ không khớp hằng số mạng giữa hai lớp này vàPhim AlNCó thể sử dụng làm lớp đệm thậm chí còn nhỏ hơn, đáp ứng yêu cầu chịu nhiệt độ cao trong quá trình kết tinh GaN. Do đó, đây là vật liệu nền phổ biến cho quá trình phát triển GaN, có thể được sử dụng để chế tạo đèn LED trắng/xanh lam/xanh lục, điốt laser, máy dò hồng ngoại, v.v.
Điều đáng nói là màng GaN phát triển trên nền sapphire mặt phẳng C phát triển dọc theo trục cực của nó, tức là hướng của trục C, không chỉ là quá trình phát triển trưởng thành và quá trình epitaxy, chi phí tương đối thấp, tính chất vật lý và hóa học ổn định mà còn có hiệu suất xử lý tốt hơn. Các nguyên tử của tấm wafer sapphire hướng C được liên kết theo kiểu sắp xếp O-al-al-o-al-O, trong khi các tinh thể sapphire hướng M và hướng A được liên kết theo kiểu al-O-al-O. Do Al-Al có năng lượng liên kết thấp hơn và liên kết yếu hơn Al-O, so với các tinh thể sapphire hướng M và hướng A, quá trình xử lý sapphire hướng C chủ yếu là để mở khóa Al-Al, dễ xử lý hơn và có thể đạt được chất lượng bề mặt cao hơn, sau đó thu được chất lượng epitaxy gali nitride tốt hơn, có thể cải thiện chất lượng của đèn LED trắng/xanh có độ sáng cực cao. Mặt khác, các màng được phát triển dọc theo trục C có hiệu ứng phân cực tự phát và áp điện, tạo ra một trường điện bên trong mạnh bên trong các màng (Giếng lượng tử lớp hoạt động), làm giảm đáng kể hiệu suất phát sáng của màng GaN.
Tấm wafer sapphire mặt phẳng Aứng dụng
Do hiệu suất toàn diện tuyệt vời của nó, đặc biệt là khả năng truyền dẫn tuyệt vời, tinh thể đơn sapphire có thể tăng cường hiệu ứng thâm nhập hồng ngoại và trở thành vật liệu cửa sổ hồng ngoại giữa lý tưởng, đã được sử dụng rộng rãi trong thiết bị quang điện quân sự. Trong đó sapphire A là mặt phẳng phân cực (mặt phẳng C) theo hướng vuông góc của mặt, là bề mặt không phân cực. Nhìn chung, chất lượng của tinh thể sapphire hướng A tốt hơn tinh thể hướng C, ít bị lệch vị trí hơn, ít cấu trúc khảm hơn và cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh hơn, do đó có hiệu suất truyền ánh sáng tốt hơn. Đồng thời, do chế độ liên kết nguyên tử Al-O-Al-O trên mặt phẳng a, độ cứng và khả năng chống mài mòn của sapphire hướng A cao hơn đáng kể so với sapphire hướng C. Do đó, các chip hướng A chủ yếu được sử dụng làm vật liệu cửa sổ; Ngoài ra, sapphire A còn có hằng số điện môi đồng đều và tính chất cách điện cao, do đó có thể ứng dụng trong công nghệ vi điện tử lai, cũng như trong việc phát triển các vật liệu dẫn điện siêu dẫn, chẳng hạn như sử dụng TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, phát triển màng siêu dẫn epitaxial không đồng nhất trên nền composite sapphire oxit (CeO2). Tuy nhiên, do năng lượng liên kết lớn của Al-O, việc xử lý trở nên khó khăn hơn.
Ứng dụng củaTấm wafer sapphire phẳng R/M
Mặt phẳng R là bề mặt không phân cực của sapphire, do đó, sự thay đổi vị trí của mặt phẳng R trong thiết bị sapphire mang lại cho nó các tính chất cơ học, nhiệt, điện và quang học khác nhau. Nhìn chung, chất nền sapphire mặt R được ưa chuộng để lắng đọng dị epitaxy silic, chủ yếu cho các ứng dụng bán dẫn, vi sóng và mạch tích hợp vi điện tử, trong sản xuất chì, các linh kiện siêu dẫn khác, điện trở có điện trở cao, gali arsenide cũng có thể được sử dụng để phát triển chất nền loại R. Hiện nay, với sự phổ biến của điện thoại thông minh và hệ thống máy tính bảng, chất nền sapphire mặt R đã thay thế các thiết bị SAW hợp chất hiện có được sử dụng cho điện thoại thông minh và máy tính bảng, cung cấp chất nền cho các thiết bị có thể cải thiện hiệu suất.
Nếu có vi phạm, liên hệ xóa
Thời gian đăng: 16-07-2024