Kui palju sa safiirist tead?

Safiirkristallon kasvatatud kõrge puhtusastmega alumiiniumoksiidi pulbrist, mille puhtus on üle 99,995%. See on kõrge puhtusastmega alumiiniumoksiidi suurim nõudluspiirkond. Selle eelised on kõrge tugevus, kõrge kõvadus ja stabiilsed keemilised omadused. See võib töötada karmides keskkondades, nagu kõrge temperatuur, korrosioon ja löök. Seda kasutatakse laialdaselt kaitse- ja tsiviiltehnoloogias, mikroelektroonika tehnoloogias ja muudes valdkondades.

Kõrge puhtusastmega alumiiniumoksiidi pulbrist safiirkristallini

Safiiri peamised rakendused

LED-substraat on safiiri suurim rakendus. LED-i kasutamine valgustuses on luminofoorlampide ja säästulampide järel kolmas revolutsioon. LED-i põhimõte on muundada elektrienergia valgusenergiaks. Kui vool läbib pooljuhti, siis augud ja elektronid ühinevad ning üleliigne energia vabaneb valgusenergiana, tekitades lõpuks helendava valgustuse efekti.LED-kiibi tehnoloogiapõhinebepitaksiaalsed vahvlid. Aluspinnale sadestunud gaasiliste materjalide kihtide kaudu hõlmavad substraadi materjalid peamiselt ränisubstraati,ränikarbiidi substraatja safiirist substraat. Nende hulgas on safiirsubstraadil ilmsed eelised kahe teise substraadimeetodi ees. Safiirsubstraadi eelised kajastuvad peamiselt seadme stabiilsuses, küpses ettevalmistustehnoloogias, nähtava valguse mitteneeldumises, heas valguse läbilaskvuses ja mõõdukas hinnas. Vastavalt andmetele kasutab 80% LED-ettevõtetest maailmas substraadimaterjalina safiiri.

Lisaks ülalmainitud valdkonnale saab safiirkristalle kasutada ka mobiiltelefonide ekraanidel, meditsiiniseadmetes, ehete kaunistamisel ja muudes valdkondades. Lisaks saab neid kasutada ka erinevate teaduslike tuvastusinstrumentide, näiteks läätsede ja prismade aknamaterjalina.

Safiirikristallide valmistamine

1964. aastal rakendasid Poladino, AE ja Rotter, BD seda meetodit esmakordselt safiirikristallide kasvatamiseks. Siiani on toodetud suur hulk kvaliteetseid safiirikristalle. Põhimõte on järgmine: esiteks kuumutatakse toormaterjalid sulamistemperatuurini, et moodustada sula, ja seejärel kasutatakse monokristalli seemneid (st seemnekristalli), et kontakteeruda sulatise pinnaga. Temperatuuride erinevuse tõttu on idukristalli ja sulatise vaheline tahke-vedeliku liides ülejahutatud, mistõttu sulam hakkab idukristalli pinnal tahkuma ja hakkab kasvatama monokristalli, millel on sama kristallstruktuuriseemnekristall. Samal ajal tõmmatakse seemnekristall aeglaselt üles ja pööratakse teatud kiirusega. Kui idukristalli tõmmatakse, tahkeneb sulam järk-järgult tahke-vedeliku piirpinnal ja seejärel moodustub üksikkristall. See on meetod kristallide kasvatamiseks sulatisest seemnekristalli tõmbamise teel, mille abil saab sulatisest valmistada kvaliteetseid monokristalle. See on üks sagedamini kasutatavaid kristallide kasvatamise meetodeid.

Czochralski meetodi kasutamise eelised kristallide kasvatamiseks on järgmised:

(1) kasvukiirus on kiire ja kvaliteetseid monokristalle saab kasvatada lühikese aja jooksul; 

(2) kristall kasvab sulandi pinnal ega puutu kokku tiigli seinaga, mis võib tõhusalt vähendada kristalli sisemist pinget ja parandada kristalli kvaliteeti. 

Selle kristallide kasvatamise meetodi suureks puuduseks on aga see, et kasvatatava kristalli läbimõõt on väike, mis ei soodusta suurte kristallide kasvu.

Kyropoulose meetod safiirikristallide kasvatamiseks

Kyropoulsi meetodit, mille Kyropouls leiutas 1926. aastal, nimetatakse KY-meetodiks. Selle põhimõte on sarnane Czochralski meetodi omaga, see tähendab, et idukristall viiakse sulatise pinnaga kokku ja seejärel tõmmatakse aeglaselt üles. Kuid pärast seda, kui idukristalli tõmmatakse teatud aja jooksul üles, et moodustada kristallikael, ei tõmmata idukristalli enam üles ega pöörata pärast seda, kui sulandi ja idukristalli vahelise liidese tahkestumise kiirus on stabiilne. Üksikkristall tahkub järk-järgult ülevalt alla, reguleerides jahutuskiirust ja lõpuks aüksik kristallmoodustub.

Jahvatusprotsessis toodetud toodetel on kõrge kvaliteet, madal defektide tihedus, suur suurus ja parem kulutasuvus.

Safiirkristallide kasvatamine juhitud hallitusmeetodil

Spetsiaalse kristallide kasvatamise tehnoloogiana kasutatakse juhitava vormi meetodit järgmisel põhimõttel: asetades vormi kõrge sulamistemperatuuriga sulatise, imetakse sulatis vormi kapillaarmõjul vormi, et saavutada kontakt idukristalliga. ja üksikkristall võib moodustuda idukristallide tõmbamise ja pideva tahkumise ajal. Samal ajal on vormi serva suurusel ja kujul kristalli suurusele teatud piirangud. Seetõttu on sellel meetodil rakendusprotsessis teatud piirangud ja see on rakendatav ainult erikujuliste safiirkristallide, näiteks torukujuliste ja U-kujuliste kristallide puhul.

Safiirkristallide kasvatamine soojusvahetusmeetodil

Soojusvahetusmeetodi suurte safiirkristallide valmistamiseks leiutasid Fred Schmid ja Dennis 1967. aastal. Soojusvahetusmeetodil on hea soojusisolatsiooniefekt, see suudab iseseisvalt reguleerida sulatise ja kristalli temperatuurigradienti, on hästi juhitav ja on hästi juhitav. kergemini kasvatatavad väikese dislokatsiooniga ja suure suurusega safiirikristallid.

Soojusvahetusmeetodi kasutamise eeliseks safiirkristallide kasvatamiseks on see, et tiigel, kristall ja kuumuti ei liigu kristallide kasvatamise ajal, välistades kyvo meetodi ja tõmbemeetodi venitustegevuse, vähendades inimese interferentsi tegureid ja vältides seega kristalli teket. mehaanilisest liikumisest põhjustatud defektid; samal ajal saab jahutuskiirust reguleerida, et vähendada kristallide termilist pinget ja sellest tulenevaid kristallide pragunemise ja dislokatsiooni defekte, ning kasvatada suuremaid kristalle. Seda on lihtsam tegutseda ja sellel on head arenguväljavaated.

Viiteallikad:

[1] Zhu Zhenfeng. Safiirkristallide pinnamorfoloogia ja pragude kahjustuste uurimine teemanttraatsae viilutamisel

[2] Chang Hui. Suurte safiirkristallide kasvatamise tehnoloogia rakendusuuringud

[3] Zhang Xueping. Teadusuuringud safiirikristallide kasvu ja LED-i kasutamise kohta

[4] Liu Jie. Ülevaade safiirkristallide valmistamise meetoditest ja omadustest