Sapphire là một tinh thể đơn của alumina, thuộc hệ tinh thể tam phân, cấu trúc lục giác, cấu trúc tinh thể của nó được cấu tạo từ ba nguyên tử oxy và hai nguyên tử nhôm liên kết cộng hóa trị, sắp xếp rất chặt chẽ, với chuỗi liên kết và năng lượng mạng tinh thể mạnh, trong khi bên trong tinh thể hầu như không có tạp chất hoặc khuyết tật, do đó nó có đặc tính cách điện, trong suốt, dẫn nhiệt tốt và độ cứng cao tuyệt vời. 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 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 gia công và sử dụng các hướng tinh thể khác nhau, do đó việc sử dụng cũng khác nhau. Nói chung, chất nền sapphire có sẵn theo các hướng mặt phẳng C, R, A và M.
Việc ứng dụngTấm wafer sapphire mặt phẳng C
Gallium nitride (GaN), là một chất bán dẫn thế hệ thứ ba có dải năng lượng rộng, sở hữu dải năng lượng trực tiếp rộng, liên kết nguyên tử mạnh, độ dẫn nhiệt cao, độ ổn định hóa học tốt (hầu 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 lớn, cũng như các thiết bị vi sóng tần số cao. Tuy nhiên, do điểm nóng chảy cao của GaN, việc thu được vật liệu đơn tinh thể kích thước lớn rất khó khăn, vì vậy phương pháp phổ biến là thực hiện nuôi cấy dị hướng trên các chất nền khác, điều này đòi hỏi vật liệu chất nền phải cao hơn.
So vớichất nền sapphireSo với các mặt tinh thể khác, tỷ lệ sai lệch hằng số mạng giữa tấm wafer sapphire mặt C (hướng <0001>) và các lớp màng được lắng đọng trong nhóm Ⅲ-Ⅴ và Ⅱ-Ⅵ (như GaN) tương đối nhỏ, và tỷ lệ sai lệch hằng số mạng giữa hai mặt này và...Phim AlNLớp đệm có kích thước thậm chí còn nhỏ hơn, và nó đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu nhiệt độ cao trong quá trình kết tinh GaN. Do đó, nó là vật liệu nền phổ biến cho sự phát triển GaN, có thể được sử dụng để chế tạo đèn LED trắng/xanh dương/xanh lá cây, điốt laser, đầu dò hồng ngoại, v.v.
Điều đáng chú ý là màng GaN được nuôi cấy trên chất nền sapphire mặt phẳng C phát triển dọc theo trục cực của nó, tức là hướng của trục C, không chỉ có quy trình nuôi cấy và quy trình epitaxy đã hoàn thiện, 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 sapphire định hướng C liên kết với nhau theo cấu trúc O-Al-Al-O-Al-O, trong khi các tinh thể sapphire định hướng M và A liên kết với nhau theo cấu trúc Al-O-Al-O. Bởi vì Al-Al có năng lượng liên kết thấp hơn và liên kết yếu hơn so với Al-O, so với các tinh thể sapphire định hướng M và A, việc xử lý sapphire định hướng C chủ yếu là để mở liên kết Al-Al, giúp dễ xử lý hơn và có thể đạt được chất lượng bề mặt cao hơn, từ đó thu được chất lượng epitaxy gallium nitride tốt hơn, có thể cải thiện chất lượng của đèn LED trắng/xanh siêu sáng. Mặt khác, các lớp màng được nuôi cấy dọc theo trục C có hiệu ứng phân cực tự phát và áp điện, dẫn đến điện trường nội bộ mạnh bên trong màng (giếng lượng tử lớp hoạt tính), điều này làm giảm đáng kể hiệu suất phát quang của màng GaN.
Tấm wafer sapphire mặt phẳng Aứng dụng
Nhờ hiệu năng toàn diện vượt trội, đặc biệt là khả năng truyền dẫn tuyệt vời, tinh thể đơn sapphire có thể tăng cường hiệu ứng xuyên thấu hồng ngoại và trở thành vật liệu cửa sổ hồng ngoại tầm trung lý tưởng, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quang điện quân sự. Trong đó, mặt phẳng phân cực (mặt phẳng C) theo hướng vuông góc với bề mặt sapphire là bề mặt không phân cực. Nhìn chung, chất lượng tinh thể sapphire định hướng A tốt hơn so với tinh thể định hướng C, với ít sai lệch, ít cấu trúc khảm và cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh hơn, do đó có hiệu suất truyền ánh sáng tốt hơn. Đồng thời, do kiểu 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. Vì vậy, các mảnh sapphire định hướng A chủ yếu được sử dụng làm vật liệu cửa sổ; Ngoài ra, sapphire còn có hằng số điện môi đồng nhất và tính chất cách điện cao, do đó nó có thể được ứng dụng trong công nghệ vi điện tử lai, cũng như để phát triển các chất dẫn điện siêu việt, chẳng hạn như sử dụng TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, để phát triển các màng siêu dẫn dị thể trên chất nền composite sapphire oxit xeri (CeO2). Tuy nhiên, cũng do năng lượng liên kết Al-O lớn, quá trình gia công trở nên khó khăn hơn.
Ứng dụng củaTấm wafer sapphire mặt phẳng R/M
Mặt phẳng R là bề mặt không phân cực của sapphire, do đó sự thay đổi vị trí mặt phẳng R trong thiết bị sapphire sẽ tạo ra các đặc tính cơ học, nhiệt học, điện học và quang học khác nhau. Nhìn chung, chất nền sapphire mặt R được ưa chuộng cho quá trình lắng đọng dị hướng silicon, chủ yếu dành 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 cao, gallium 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 máy tính bảng, chất nền sapphire mặt R đã thay thế các thiết bị SAW phức hợp 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, hãy liên hệ để xóa.
Thời gian đăng bài: 16/07/2024