Sapphire là một tinh thể đơn của alumina, 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, trong khi bên trong tinh thể của nó hầu như không có tạp chất hoặc khuyết tật, vì vậy nó có khả năng cách điện, độ trong suốt, độ dẫn nhiệt tốt và đặc tính độ cứng cao. Được sử dụng rộng rãi làm cửa sổ quang học và vật liệu nền hiệu suất cao. Tuy nhiên, cấu trúc phân tử của sapphire rất phức tạp và có tính dị hướng, và tác động đến các tính chất vật lý tương ứng cũng rất khác nhau đối với quá trình xử lý và sử dụng các hướng tinh thể khác nhau, vì vậy việc sử dụng cũng khác nhau. Nhìn chung, các chất nền sapphire có sẵn theo các hướng mặt phẳng C, R, A và M.
Ứng dụng củaTấm wafer sapphire mặt phẳng C
GaN là chất bán dẫn thế hệ thứ ba có khoảng cách dải rộng, có khoảng cách dải trực tiếp rộng, liên kết nguyên tử mạnh, độ dẫn nhiệt cao, độ ổn định hóa học tốt (gần như không bị ăn mòn bởi bất kỳ axit nào) và khả năng chống bức xạ mạnh, có triển vọng rộng rãi trong ứng dụng quang điện tử, thiết bị nhiệt độ và công suất cao và thiết bị vi sóng tần số cao. Tuy nhiên, do điểm nóng chảy cao của GaN, rất khó để thu được vật liệu đơn tinh thể kích thước lớn, vì vậy cách phổ biến là thực hiện phát triển heteroepitaxy trên các chất nền khác, có yêu cầu cao hơn đối với vật liệu chất nền.
So sánh vớinền sapphirevới các mặt tinh thể khác, tỷ lệ không khớp hằng số mạng giữa tấm sapphire mặt phẳng C (<0001> định hướng) và các màng được lắng đọng trong nhóm Ⅲ-Ⅴ và Ⅱ-Ⅵ (như GaN) tương đối nhỏ và tỷ lệ không khớp hằng số mạng giữa hai lớp này vàPhim AlNcó thể dùng làm lớp đệm thậm chí còn nhỏ hơn, đáp ứng yêu cầu về khả năng chịu nhiệt độ cao trong quá trình kết tinh GaN. Do đó, đây là vật liệu nền phổ biến cho sự phát triển của GaN, có thể dùng để chế tạo đèn LED trắng/xanh lam/xanh lục, điốt laser, máy dò hồng ngoại, v.v.
Điều đáng nói đến 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 tăng trưởng và quá trình epitaxy trưởng thành, 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 định hướng C được liên kết theo kiểu sắp xếp O-al-al-o-al-O, trong khi các tinh thể sapphire định hướng M và định 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 định hướng M và định hướng A, nên quá trình xử lý sapphire C chủ yếu là để mở khóa Al-Al, dễ xử lý hơn và có thể thu 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 bình thường của mặt, là bề mặt không phân cực. Nhìn chung, chất lượng của tinh thể sapphire định hướng A tốt hơn tinh thể định hướng C, ít bị lệch hơn, ít cấu trúc Mosaic hơn và cấu trúc tinh thể hoàn thiện 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 định hướng A cao hơn đáng kể so với sapphire định hướng C. Do đó, các chip định hướng A chủ yếu được sử dụng làm vật liệu cửa sổ; Ngoài ra, A sapphire còn có hằng số điện môi đồng đều và tính chất cách điện cao, do đó có thể ứng dụng vào công nghệ vi điện tử lai, cũng như để phát triển các chất dẫn điện tuyệt vời, chẳng hạn như sử dụng TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, phát triển màng siêu dẫn epitaxial không đồng nhất trên nền composite sapphire oxit xeri (CeO2). Tuy nhiên, cũng do năng lượng liên kết lớn của Al-O nên khó gia công hơn.
Ứng dụng củaTấm wafer sapphire phẳng R/M
Mặt phẳng R là bề mặt không phân cực của sapphire, vì vậy sự thay đổi vị trí 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 bề mặt R được ưa chuộng để lắng đọng heteroepitaxial của silicon, chủ yếu cho các ứng dụng bán dẫn, vi sóng và mạch tích hợp vi điện tử, trong sản xuất chì, các thành phần 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