A safira é um cristal único de alumina, pertencente ao sistema cristalino tripartido, com estrutura hexagonal. Sua estrutura cristalina é composta por três átomos de oxigênio e dois átomos de alumínio em ligações covalentes, dispostos muito próximos, com forte cadeia de ligação e energia de rede, enquanto seu interior cristalino quase não apresenta impurezas ou defeitos, apresentando excelente isolamento elétrico, transparência, boa condutividade térmica e características de alta rigidez. Amplamente utilizada como materiais de janela óptica e substrato de alto desempenho. No entanto, a estrutura molecular da safira é complexa e apresenta anisotropia, e o impacto nas propriedades físicas correspondentes também é muito diferente para o processamento e uso de diferentes direções de cristal, portanto, o uso também é diferente. Em geral, os substratos de safira estão disponíveis nas direções do plano C, R, A e M.
A aplicação deWafer de safira do plano C
O nitreto de gálio (GaN), como um semicondutor de terceira geração com ampla lacuna de banda, possui ampla lacuna de banda direta, forte ligação atômica, alta condutividade térmica, boa estabilidade química (quase não corroído por ácidos) e forte capacidade anti-irradiação, apresentando amplas perspectivas em aplicações em optoeletrônica, dispositivos de alta temperatura e potência, além de dispositivos de micro-ondas de alta frequência. No entanto, devido ao alto ponto de fusão do GaN, é difícil obter materiais monocristais de grande porte, sendo o método mais comum o crescimento heteroepitaxial em outros substratos, o que exige maiores requisitos para os materiais do substrato.
Comparado com osubstrato de safiracom outras faces de cristal, a taxa de incompatibilidade da constante de rede entre a pastilha de safira do plano C (orientação <0001>) e os filmes depositados nos grupos Ⅲ-Ⅴ e Ⅱ-Ⅵ (como GaN) é relativamente pequena, e a taxa de incompatibilidade da constante de rede entre os dois e oFilmes de AlNque pode ser usado como camada tampão é ainda menor e atende aos requisitos de resistência a altas temperaturas no processo de cristalização de GaN. Portanto, é um material de substrato comum para o crescimento de GaN, que pode ser usado para fabricar LEDs brancos/azuis/verdes, diodos laser, detectores infravermelhos e assim por diante.
Vale ressaltar que o filme de GaN cultivado no substrato de safira do plano C cresce ao longo de seu eixo polar, ou seja, na direção do eixo C, o que não é apenas um processo de crescimento maduro e um processo de epitaxia, com custo relativamente baixo, propriedades físicas e químicas estáveis, mas também com melhor desempenho de processamento. Os átomos da pastilha de safira orientada a C são ligados em um arranjo O-al-al-o-al-O, enquanto os cristais de safira orientados a M e A são ligados em al-O-al-O. Como o Al-Al tem menor energia de ligação e ligação mais fraca do que o Al-O, em comparação com os cristais de safira orientados a M e A, o processamento da safira C é principalmente para abrir a chave Al-Al, que é mais fácil de processar e pode obter maior qualidade de superfície e, em seguida, obter melhor qualidade epitaxial de nitreto de gálio, o que pode melhorar a qualidade do LED branco/azul de ultra-alto brilho. Por outro lado, os filmes crescidos ao longo do eixo C têm efeitos de polarização espontânea e piezoelétrica, resultando em um forte campo elétrico interno dentro dos filmes (poços quânticos de camada ativa), o que reduz bastante a eficiência luminosa dos filmes de GaN.
Wafer de safira de plano Aaplicativo
Devido ao seu excelente desempenho abrangente, especialmente excelente transmitância, o cristal único de safira pode aumentar o efeito de penetração no infravermelho e se tornar um material ideal para janelas no infravermelho médio, que tem sido amplamente utilizado em equipamentos fotoelétricos militares. Onde a safira A é um plano polar (plano C) na direção normal da face, é uma superfície apolar. Geralmente, a qualidade do cristal de safira orientado A é melhor do que a do cristal orientado C, com menos deslocamento, menos estrutura de mosaico e estrutura de cristal mais completa, por isso tem melhor desempenho de transmissão de luz. Ao mesmo tempo, devido ao modo de ligação atômica Al-O-Al-O no plano a, a dureza e a resistência ao desgaste da safira orientada A são significativamente maiores do que as da safira orientada C. Portanto, chips direcionais A são usados principalmente como materiais de janelas; Além disso, a safira A também possui constante dielétrica uniforme e altas propriedades de isolamento, podendo ser aplicada à tecnologia de microeletrônica híbrida, mas também ao crescimento de excelentes condutores, como o uso de TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212 e ao crescimento de filmes supercondutores epitaxiais heterogêneos em substratos compostos de safira de óxido de cério (CeO₂). No entanto, devido à alta energia de ligação do Al-O, é mais difícil de processar.
Aplicação deR/M plano safira wafer
O plano R é a superfície apolar de uma safira, portanto, a mudança na posição do plano R em um dispositivo de safira confere a ele diferentes propriedades mecânicas, térmicas, elétricas e ópticas. Em geral, o substrato de safira com superfície R é preferido para deposição heteroepitaxial de silício, principalmente para aplicações em circuitos integrados de semicondutores, micro-ondas e microeletrônica. Na produção de chumbo, outros componentes supercondutores, resistores de alta resistência, o arseneto de gálio também pode ser usado para o crescimento do substrato tipo R. Atualmente, com a popularidade de smartphones e tablets, o substrato de safira com face R substituiu os dispositivos SAW compostos existentes usados em smartphones e tablets, fornecendo um substrato para dispositivos que podem melhorar o desempenho.
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Horário da publicação: 16 de julho de 2024