Saffier is een enkelkristal van aluminiumoxide en behoort tot het drieledige kristalsysteem met een hexagonale structuur. De kristalstructuur bestaat uit drie zuurstofatomen en twee aluminiumatomen die covalent met elkaar verbonden zijn. Deze atomen zijn zeer dicht op elkaar gerangschikt, met sterke bindingsketens en een hoge roosterenergie. Het kristalinterieur bevat vrijwel geen onzuiverheden of defecten, waardoor het uitstekende elektrische isolatie, transparantie, goede thermische geleidbaarheid en hoge stijfheidseigenschappen heeft. Het wordt veel gebruikt als optisch venster en als hoogwaardig substraatmateriaal. De moleculaire structuur van saffier is echter complex en vertoont anisotropie. De invloed hiervan op de fysische eigenschappen verschilt sterk afhankelijk van de verwerking en het gebruik in verschillende kristalrichtingen, waardoor de toepassingen ook verschillen. Over het algemeen zijn saffiersubstraten verkrijgbaar in de C-, R-, A- en M-vlakrichtingen.
De toepassing vanC-vlak saffier wafer
Galliumnitride (GaN) is een derde generatie halfgeleider met een brede bandgap. Het heeft een brede directe bandgap, sterke atoomverbindingen, een hoge thermische geleidbaarheid, een goede chemische stabiliteit (wordt vrijwel niet aangetast door zuren) en een sterke stralingsbestendigheid. Hierdoor heeft het brede toepassingsmogelijkheden in de opto-elektronica, apparaten voor hoge temperaturen en vermogens, en hoogfrequente microgolfapparaten. Vanwege het hoge smeltpunt van GaN is het echter moeilijk om grote eenkristallen te verkrijgen. De gebruikelijke methode is daarom hetero-epitaxie op andere substraten, wat hogere eisen stelt aan de substraatmaterialen.
Vergeleken met desaffier substraatBij andere kristalvlakken is de mate van roosterconstante-mismatch tussen de C-vlak (<0001>-oriëntatie) saffierwafer en de in groepen III-V en II-VI afgezette films (zoals GaN) relatief klein, en de mate van roosterconstante-mismatch tussen de twee en deAlN-filmsHet materiaal dat als bufferlaag kan worden gebruikt, is nog kleiner en voldoet aan de eisen van hoge temperatuurbestendigheid tijdens het GaN-kristallisatieproces. Daarom is het een veelgebruikt substraatmateriaal voor de groei van GaN, dat kan worden gebruikt voor de productie van witte/blauwe/groene leds, laserdiode's, infrarooddetectoren en dergelijke.
Het is belangrijk te vermelden dat de GaN-film die op het C-vlak saffiersubstraat wordt gegroeid, langs de polaire as groeit, dat wil zeggen in de richting van de C-as. Dit is niet alleen een volwaardig groei- en epitaxieproces, relatief goedkoop, met stabiele fysische en chemische eigenschappen, maar ook een proces met betere verwerkingsprestaties. De atomen van de C-georiënteerde saffierwafer zijn gebonden in een O-Al-Al-O-Al-O-structuur, terwijl de M-georiënteerde en A-georiënteerde saffierkristallen gebonden zijn in een Al-O-Al-O-structuur. Omdat Al-Al een lagere bindingsenergie en zwakkere binding heeft dan Al-O, vergeleken met de M-georiënteerde en A-georiënteerde saffierkristallen, is de verwerking van C-saffier voornamelijk gericht op het openen van de Al-Al-binding. Dit maakt de verwerking eenvoudiger, levert een hogere oppervlaktekwaliteit op en zorgt vervolgens voor een betere epitaxiale kwaliteit van galliumnitride, wat de kwaliteit van ultraheldere witte/blauwe LED's kan verbeteren. Daarentegen vertonen de langs de C-as gegroeide films spontane en piëzo-elektrische polarisatie-effecten, wat resulteert in een sterk intern elektrisch veld in de films (kwantumputten in de actieve laag), waardoor de lichtopbrengst van GaN-films aanzienlijk wordt verminderd.
A-vlak saffier wafersollicitatie
Vanwege zijn uitstekende algehele prestaties, met name de uitstekende transmissie, kan saffier-eenkristal het infraroodpenetratie-effect versterken en is het een ideaal venstermateriaal voor het midden-infraroodgebied, dat veelvuldig wordt gebruikt in militaire foto-elektrische apparatuur. A-saffier heeft een polair vlak (C-vlak) in de richting loodrecht op het vlak, en is een niet-polair oppervlak. Over het algemeen is de kwaliteit van A-georiënteerd saffierkristal beter dan die van C-georiënteerd kristal, met minder dislocaties, minder mozaïekstructuur en een completere kristalstructuur, waardoor het een betere lichttransmissie heeft. Tegelijkertijd zijn de hardheid en slijtvastheid van A-georiënteerd saffier aanzienlijk hoger dan die van C-georiënteerd saffier, vanwege de Al-O-Al-O atomaire bindingswijze op vlak a. Daarom worden A-georiënteerde chips meestal gebruikt als venstermateriaal. Bovendien heeft saffier een uniforme diëlektrische constante en hoge isolerende eigenschappen, waardoor het kan worden toegepast in hybride micro-elektronicatechnologie, maar ook voor de groei van uitstekende geleiders, zoals het gebruik van TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, en de groei van heterogene epitaxiale supergeleidende films op een ceriumoxide (CeO2) saffiercomposietsubstraat. Vanwege de grote bindingsenergie van Al-O is het echter lastiger te verwerken.
Toepassing vanR/M-vlak saffier wafer
Het R-vlak is het niet-polaire oppervlak van saffier, waardoor de positie van het R-vlak in een saffiercomponent verandert en daardoor de mechanische, thermische, elektrische en optische eigenschappen beïnvloedt. Over het algemeen wordt een saffiersubstraat met een R-vlak geprefereerd voor hetero-epitaxiale depositie van silicium, met name voor toepassingen in halfgeleiders, microgolven en geïntegreerde schakelingen in de micro-elektronica. Ook voor de productie van lood, andere supergeleidende componenten, hoogohmige weerstanden en galliumarsenide kan een R-type substraat worden gebruikt. Met de opkomst van smartphones en tablets heeft het saffiersubstraat met een R-vlak de bestaande samengestelde SAW-componenten in smartphones en tablets vervangen, waardoor een substraat beschikbaar komt voor componenten met verbeterde prestaties.
Neem bij inbreuk contact op met Delete.
Geplaatst op: 16 juli 2024