Le saphir est un monocristal d'alumine, appartient au système cristallin tripartite, structure hexagonale, sa structure cristalline est composée de trois atomes d'oxygène et de deux atomes d'aluminium en type de liaison covalente, disposés très étroitement, avec une forte chaîne de liaison et une forte énergie de réseau, tandis que son l'intérieur du cristal ne contient presque aucune impureté ni défaut, il présente donc une excellente isolation électrique, une transparence, une bonne conductivité thermique et des caractéristiques de rigidité élevées. Largement utilisé comme fenêtre optique et matériaux de substrat haute performance. Cependant, la structure moléculaire du saphir est complexe et il existe une anisotropie, et l'impact sur les propriétés physiques correspondantes est également très différent pour le traitement et l'utilisation de différentes directions cristallines, donc l'utilisation est également différente. En général, les substrats en saphir sont disponibles dans les directions des plans C, R, A et M.
L'application dePlaquette de saphir plan C
Le nitrure de gallium (GaN), en tant que semi-conducteur de troisième génération à large bande interdite, possède une large bande interdite directe, une forte liaison atomique, une conductivité thermique élevée, une bonne stabilité chimique (presque non corrodée par un acide) et une forte capacité anti-irradiation, et a de larges perspectives dans l'application de l'optoélectronique, des dispositifs à haute température et puissance et des dispositifs à micro-ondes à haute fréquence. Cependant, en raison du point de fusion élevé du GaN, il est difficile d'obtenir des matériaux monocristallins de grande taille, la méthode courante consiste donc à effectuer une croissance par hétéroépitaxie sur d'autres substrats, ce qui nécessite des matériaux de substrat plus élevés.
Par rapport ausubstrat saphiravec d'autres faces cristallines, le taux de mésappariement de constante de réseau entre la plaquette de saphir du plan C (orientation <0001>) et les films déposés dans les groupes Ⅲ-Ⅴ et Ⅱ-Ⅵ (tels que GaN) est relativement faible, et le désappariement de constante de réseau taux entre les deux et leFilms AINqui peut être utilisée comme couche tampon est encore plus petite et répond aux exigences de résistance aux températures élevées dans le processus de cristallisation du GaN. Par conséquent, il s’agit d’un matériau de substrat courant pour la croissance du GaN, qui peut être utilisé pour fabriquer des LED blanches/bleues/vertes, des diodes laser, des détecteurs infrarouges, etc.
Il convient de mentionner que le film GaN cultivé sur le substrat saphir du plan C se développe le long de son axe polaire, c'est-à-dire la direction de l'axe C, qui n'est pas seulement un processus de croissance mature et un processus d'épitaxie, un coût relativement faible, une physique stable et propriétés chimiques, mais aussi de meilleures performances de traitement. Les atomes de la plaquette de saphir orientés C sont liés dans un arrangement O-al-al-o-al-O, tandis que les cristaux de saphir orientés M et orientés A sont liés dans un arrangement al-O-al-O. Parce qu'Al-Al a une énergie de liaison plus faible et une liaison plus faible que Al-O, par rapport aux cristaux de saphir orientés M et orientés A, le traitement du saphir C consiste principalement à ouvrir la clé Al-Al, qui est plus facile à traiter. , et peut obtenir une qualité de surface supérieure, puis obtenir une meilleure qualité épitaxiale de nitrure de gallium, ce qui peut améliorer la qualité des LED blanches/bleues à ultra haute luminosité. D'autre part, les films cultivés le long de l'axe C ont des effets de polarisation spontanée et piézoélectrique, entraînant un fort champ électrique interne à l'intérieur des films (puits quantiques à couche active), ce qui réduit considérablement l'efficacité lumineuse des films de GaN.
Plaquette de saphir plan Aapplication
En raison de ses excellentes performances globales, en particulier de son excellente transmission, le monocristal saphir peut améliorer l'effet de pénétration infrarouge et devenir un matériau de fenêtre infrarouge moyen idéal, largement utilisé dans les équipements photoélectriques militaires. Où Un saphir est un plan polaire (plan C) dans la direction normale du visage, c'est une surface non polaire. Généralement, la qualité du verre saphir orienté A est meilleure que celle du verre orienté C, avec moins de dislocation, moins de structure mosaïque et une structure cristalline plus complète, ce qui lui confère de meilleures performances de transmission de la lumière. Dans le même temps, en raison du mode de liaison atomique Al-O-Al-O sur le plan a, la dureté et la résistance à l'usure du saphir orienté A sont nettement supérieures à celles du saphir orienté C. Par conséquent, les puces directionnelles A sont principalement utilisées comme matériaux de fenêtre ; De plus, le saphir A possède également une constante diélectrique uniforme et des propriétés d'isolation élevées, il peut donc être appliqué à la technologie microélectronique hybride, mais également à la croissance de superbes conducteurs, tels que l'utilisation de TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, la croissance de films supraconducteurs épitaxiaux hétérogènes sur substrat composite saphir d'oxyde de cérium (CeO2). Cependant, également en raison de la grande énergie de liaison de Al-O, il est plus difficile à traiter.
Application dePlaquette de saphir plan R/M
Le plan R est la surface non polaire d'un saphir, donc le changement de position du plan R dans un dispositif en saphir lui confère des propriétés mécaniques, thermiques, électriques et optiques différentes. En général, le substrat saphir à surface R est préféré pour le dépôt hétéroépitaxial de silicium, principalement pour les applications de circuits intégrés semi-conducteurs, micro-ondes et microélectroniques, dans la production de plomb, d'autres composants supraconducteurs, de résistances à haute résistance, l'arséniure de gallium peut également être utilisé pour R- type de croissance du substrat. À l'heure actuelle, avec la popularité des téléphones intelligents et des tablettes informatiques, le substrat saphir R-face a remplacé les dispositifs SAW composés existants utilisés pour les téléphones intelligents et les tablettes informatiques, fournissant un substrat pour les appareils pouvant améliorer les performances.
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Heure de publication : 16 juillet 2024