Как много вы знаете о сапфире?

Сапфировое стекловыращен из порошка оксида алюминия высокой чистоты чистотой более 99,995%. Это крупнейший регион спроса на глинозем высокой чистоты. Он обладает преимуществами высокой прочности, высокой твердости и стабильных химических свойств. Он может работать в суровых условиях, таких как высокая температура, коррозия и удары. Он широко используется в оборонной и гражданской технике, микроэлектронике и других областях.

От порошка оксида алюминия высокой чистоты до сапфирового стекла

Ключевые применения сапфира

Светодиодная подложка является крупнейшим применением сапфира. Применение светодиодов в освещении – третья революция после люминесцентных ламп и энергосберегающих ламп. Принцип светодиодов заключается в преобразовании электрической энергии в световую. Когда ток проходит через полупроводник, дырки и электроны объединяются, а избыточная энергия высвобождается в виде энергии света, в конечном итоге создавая эффект светящегося освещения.Технология светодиодных чиповоснован наэпитаксиальные пластины. Через слои газообразных материалов, нанесенных на подложку, материалы подложки в основном включают кремниевую подложку,подложка из карбида кремнияи сапфировая подложка. Среди них сапфировая подложка имеет очевидные преимущества перед двумя другими методами подложки. Преимущества сапфировой подложки в основном отражаются в стабильности устройства, отработанной технологии изготовления, непоглощении видимого света, хорошем пропускании света и умеренной цене. По данным, 80% светодиодных компаний в мире используют сапфир в качестве материала подложки.

Помимо вышеупомянутой области, сапфировые кристаллы также можно использовать в экранах мобильных телефонов, медицинском оборудовании, украшениях ювелирных изделий и других областях. Кроме того, их также можно использовать в качестве материалов для окон для различных инструментов научного обнаружения, таких как линзы и призмы.

Подготовка кристаллов сапфира

В 1964 году Поладино А.Е. и Роттер Б.Д. впервые применили этот метод для выращивания кристаллов сапфира. На сегодняшний день произведено большое количество высококачественных сапфировых кристаллов. Принцип таков: сначала сырье нагревается до температуры плавления с образованием расплава, а затем используется монокристаллическая затравка (т. е. затравочный кристалл) для контакта с поверхностью расплава. Из-за разницы температур граница твердого тела и жидкости между затравочным кристаллом и расплавом переохлаждается, поэтому расплав начинает затвердевать на поверхности затравочного кристалла и начинает расти монокристалл с той же кристаллической структурой, что и затравочный кристалл.затравочный кристалл. При этом затравочный кристалл медленно вытягивается вверх и вращается с определенной скоростью. По мере вытягивания затравочного кристалла расплав постепенно затвердевает на границе твердого тела и жидкости, а затем образуется монокристалл. Это метод выращивания кристаллов из расплава путем вытягивания затравочного кристалла, позволяющий получить из расплава высококачественные монокристаллы. Это один из наиболее часто используемых методов выращивания кристаллов.

Преимущества использования метода Чохральского для выращивания кристаллов:

(1) скорость роста высокая, и высококачественные монокристаллы можно вырастить за короткий период времени; 

(2) кристалл растет на поверхности расплава и не контактирует со стенками тигля, что может эффективно снизить внутреннее напряжение кристалла и улучшить качество кристалла. 

Однако основным недостатком этого метода выращивания кристаллов является малый диаметр выращиваемого кристалла, что не способствует росту кристаллов большого размера.

Kyropoulos method for growing sapphire crystals

Метод Киропулса, изобретенный Киропулсом в 1926 году, называется методом КЮ. Его принцип аналогичен методу Чохральского, то есть затравочный кристалл приводится в контакт с поверхностью расплава, а затем медленно вытягивается вверх. Однако после того, как затравочный кристалл вытягивается вверх в течение определенного периода времени для образования шейки кристалла, затравочный кристалл больше не вытягивается и не вращается после того, как скорость затвердевания границы раздела между расплавом и затравочным кристаллом становится стабильной. Монокристалл постепенно затвердевает сверху вниз, контролируя скорость охлаждения, и, наконец,монокристаллформируется.

Продукция, производимая методом гранулирования, отличается высоким качеством, низкой плотностью дефектов, большими размерами и большей экономической эффективностью.

Выращивание кристаллов сапфира методом управляемой пресс-формы

В качестве специальной технологии выращивания кристаллов метод управляемой формы используется по следующему принципу: путем помещения расплава с высокой температурой плавления в форму расплав всасывается в форму за счет капиллярного действия формы для достижения контакта с затравочным кристаллом. , и монокристалл может быть сформирован во время вытягивания затравочных кристаллов и непрерывного затвердевания. В то же время размер края и форма формы имеют определенные ограничения на размер кристаллов. Следовательно, этот метод имеет определенные ограничения в процессе нанесения и применим только к кристаллам сапфира специальной формы, например, трубчатым и U-образным.

Выращивание кристаллов сапфира методом теплообмена

Метод теплообмена для получения кристаллов сапфира большого размера был изобретен Фредом Шмидом и Деннисом в 1967 году. Метод теплообмена обладает хорошим теплоизоляционным эффектом, позволяет независимо контролировать температурный градиент расплава и кристалла, имеет хорошую управляемость и легче выращивать кристаллы сапфира с малой дислокацией и большим размером.

Преимущество использования метода теплообмена для выращивания кристаллов сапфира заключается в том, что тигель, кристалл и нагреватель не перемещаются во время роста кристаллов, что исключает растягивающее действие метода киво и метода вытягивания, снижает факторы вмешательства человека и, таким образом, позволяет избежать кристаллизации. дефекты, вызванные механическим движением; в то же время можно контролировать скорость охлаждения, чтобы уменьшить термическое напряжение кристалла и возникающие в результате растрескивания кристаллов и дислокационные дефекты, а также можно выращивать кристаллы большего размера. Он проще в эксплуатации и имеет хорошие перспективы развития.

Справочные источники:

[1] Чжу Чжэньфэн. Исследование морфологии поверхности и трещинообразования кристаллов сапфира при нарезке алмазной проволокой.

[2] Чан Хуэй. Прикладные исследования технологии выращивания крупногабаритных кристаллов сапфира

[3] Чжан Сюэпин. Исследования по выращиванию кристаллов сапфира и применению светодиодов

[4] Лю Цзе. Обзор методов и характеристик получения сапфировых кристаллов