Ζαφείρινη σφραγίδα Αλ2Ο3 8 ιντσών C επίπεδο Α επίπεδο Μ επίπεδο ΚΥ διπλή διαφάνεια γυαλισμένο SSP

Το 1992, ο Ιάπωνας μηχανικός Shuji Nakamura έφερε επανάσταση στον τομέα χρησιμοποιώντας με επιτυχία υποστρώματα ζαφείρι για την προετοιμασία επιταξιακών στρωμάτων GaN, επιτυγχάνοντας έτσι την παραγωγή μπλε LEDs.Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε σε ταχεία επέκταση στην ανάπτυξη μπλε και πράσινων LEDΤο ζαφείρι, γνωστό για την εξαιρετικά υψηλή σκληρότητά του και τις σταθερές φυσικές και χημικές του ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες, μαζί με την εξαιρετική οπτική του απόδοση,σταδιακά έγινε η βασική επιλογή για την παραγωγή μπλε και πράσινου LED.

Τα ζαφείρινα πλακάκια παρουσιάζουν ανισοτροπία, με το επίπεδο C <0001 να είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο κρυστάλλινο επίπεδο για το ζαφείρι.και επίπεδο R <1-102>.
Οι μονοκρυσταλλικές λεπτές ταινίες του δυσωλφειδίου μολυβδενίου (MoS2) μπορούν να καλλιεργηθούν σε μη ευθυγραμμισμένα υποστρώματα ζαφείρι.Τα μη ευθυγραμμισμένα υποστρώματα ζαφείριου αντιστοιχούν σε υποστρώματα στα οποία ο προσανατολισμός του κρυστάλλου της τελικής όψης είναι ελαφρώς κεκλιμένος από τον άξονα C <0001> προς τον άξονα A <11-20> ή τον άξονα M <1-100> με μια ορισμένη γωνία, συνήθως στο εύρος των 0,5 βαθμών έως 6 βαθμών.
Τα ζαφείρινα πλακάκια μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως οπτικά παράθυρα, φορείς και πάνελ.χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή διαφόρων λειτουργικών προϊόντων, όπως χωνευτήρια., ρυμουλκούμενα, συμπίεση και άλλα εξαρτήματα.

Χαρακτήρας

1Οι εξαιρετικές οπτικές ιδιότητες της ζαφείρινης πλάκας την καθιστούν ιδανικό υλικό για οπτικά εξαρτήματα.ειδικά στην υπεριώδη έως κοντινή υπέρυθρη περιοχή (150 nm έως 5500 nm), με δείκτη διάθλασης περίπου 1.76Τα χαρακτηριστικά αυτά οδήγησαν στην ευρεία χρήση του ζαφείρου σε οπτικά όργανα υψηλής ακρίβειας.

2Από την άποψη των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων, η ζαφείρινη πλάκα είναι ένα υλικό ευρείας ζώνης (περίπου 9,9 eV), γεγονός που την καθιστά εξαιρετικά αποτελεσματική σε ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής τάσης και υψηλής συχνότητας.Λόγω της υψηλής μόνωσης και της χαμηλής διαλεκτρικής απώλειαςΤο ζαφείρι χρησιμοποιείται συνήθως ως υλικό υποστρώματος για συσκευές ημιαγωγών, ιδίως σε εφαρμογές όπως τα τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων (HEMT) και οι συσκευές με βάση το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN).

3Η ζαφείρινη πλάκα έχει σκληρότητα Mohs 9, δεύτερη μόνο στο διαμάντι, δίνοντάς της εξαιρετικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την αντοχή στην φθορά και την αντοχή στις γρατζουνιές.που αντέχουν σε υψηλή πίεση και αντίκτυπο.

4Το ζαφείρι διαθέτει επίσης εξαιρετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα περίπου 25 W/m·K, γεγονός που του επιτρέπει να διατηρεί σταθερές φυσικές και χημικές ιδιότητες σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας.Με υψηλό σημείο τήξης 2054°C και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής (8.4 x 10^-6/K), η ζαφείρινη πλάκα μπορεί να διατηρήσει τη σταθερότητα των διαστάσεων σε εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών.

Εφαρμογές:

Τα ζαφείρι είναι ένα είδος υλικού που είναι γνωστό για την υψηλή διαφάνεια, σκληρότητα και χημική σταθερότητα του, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα διάφορες εξαιρετικές ιδιότητες.Χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή ηλεκτρονικών προϊόντωνΟι παρακάτω είναι μερικοί από τους βασικούς τομείς εφαρμογής:

1Οπτικές συσκευές:
Χρησιμοποιούνται ως φακοί, παράθυρα, πόλωση κλπ. σε οπτικό εξοπλισμό.
Σε υψηλής τεχνολογίας μηχανές κοπής, συγκόλλησης και σήμανσης με λέιζερ, οι σαφείρινοι φακοί μπορούν να προστατεύουν και να σταθεροποιούν τις εκπομπές λέιζερ, βελτιώνοντας την ακρίβεια και τη σταθερότητα του εξοπλισμού.
2.Προσωρινά όργανα:
Χρησιμοποιούνται ως στοιχεία τοποθέτησης, ρουλεμάνια, βουσιές κλπ. σε όργανα ακριβείας.
Στην ωρολογοποιία, οι σαφείρινες πλάκες χρησιμοποιούνται στον ταλαντώμενο πυρήνα του κινήματος, το κάλυμμα του ρολογιού, την θήκη κλπ., βελτιώνοντας την αντοχή σε γρατζουνιές, την προστασία από τις υπεριώδεις ακτίνες και την αισθητική.
3Ηλεκτρονικά προϊόντα:
Χρησιμοποιείται σε γυαλί προστασίας φωτογραφικών μηχανών κινητών τηλεφώνων, προστασία πάνελ, αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων κλπ.
Βελτιώνει την σκληρότητα του προϊόντος, τη διαφάνεια και την αντοχή στην φθορά, βρίσκοντας εκτεταμένη εφαρμογή στην αγορά ηλεκτρονικών συσκευών υψηλού επιπέδου.

Εισαγωγή στη μέθοδο των μακρών κρυστάλλων του ζαφείρου

Από τότε που η πρώτη συνθετική πολύτιμη πέτρα αποκτήθηκε με τη μέθοδο σύντηξης με φλόγα το 1902, διάφορες τεχνικές για την τεχνητή ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρου συνεχίζουν να εξελίσσονται,δημιουργώντας πάνω από μια ντουζίνα μεθόδους ανάπτυξης κρυστάλλων όπως η μέθοδος σύντηξης φλόγαςΗ μέθοδος Czochralski και η υδροθερμική μέθοδος έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, με διαφορετικές εφαρμογές σε διάφορους τομείς.Οι κύριες βιομηχανικές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται σήμερα περιλαμβάνουν την υδροθερμική μέθοδο, η μέθοδος Czochralski, η μέθοδος ανάπτυξης με τροφοδοσία με φιλμ (EFG) και η μέθοδος κατάψυξης κάθετης οριζόντιας κλίμακας (VHGF).Στο επόμενο τμήμα θα εισαχθούν τυπικές μέθοδοι ανάπτυξης κρυστάλλων για το ζαφείρι.

1Μέθοδος σύντηξης με φλόγα (διαδικασία Verneuil)

Η διαδικασία Verneuil, επίσης γνωστή ως μέθοδος σύντηξης φλόγας, πήρε το όνομά της από τον διάσημο Γάλλο χημικό Auguste Victor Louis Verneuil,που εφηύρε την πρώτη εμπορικά βιώσιμη μέθοδο σύνθεσης πολύτιμων λίθωνΤο 1902, ανακάλυψε τη μέθοδο της "σύντηξης με φλόγα", η οποία χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα ως μια οικονομικά αποδοτική μέθοδος για την παραγωγή συνθετικών πολύτιμων λίθων.Η διαδικασία Verneuil προμηθεύει την πλειοψηφία των πολύτιμων υλικών σύντηξης με φλόγαΕκτός από το ότι χρησιμοποιείται συνήθως για τη σύνθεση ρουμπινών και μπλε ζαφείρων, η μέθοδος σύντηξης με φλόγα χρησιμοποιείται επίσης για τη δημιουργία σπινέλου, συνθετικού κορούνδου, συνθετικών αστρικών ρουμπινών,Άλλα χρώματα, εκτός από εκείνα που περιέχουν:, και συνθετικό τιτανικό στρόντιο, μεταξύ πολλών άλλων πολύτιμων λίθων που διατίθενται στην αγορά.

2Μέθοδος Κίροπουλος

Η μέθοδος Kyropoulos, επίσης γνωστή ως μέθοδος Ky, προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Kyropoulos το 1926 για την ανάπτυξη κρυστάλλων.Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιήθηκε κυρίως για την προετοιμασία και την έρευνα μεγάλων κρυστάλλων αλογονίων.Στις δεκαετίες του 1960 και του 1970, με βελτιώσεις από τον Musatov από την πρώην Σοβιετική Ένωση, η μέθοδος αυτή εφαρμόστηκε στην παρασκευή μονοκρυσταλλικών ζαφείρων,καθιστώντας την μία από τις αποτελεσματικές μεθόδους για την παραγωγή μεγάλων κρυστάλλων ζαφείρι όπου η μέθοδος Czochralski δεν φτάνειΟι κρυστάλλοι που καλλιεργούνται με τη μέθοδο Kyropoulos παρουσιάζουν υψηλή ποιότητα, χαμηλό κόστος και είναι κατάλληλοι για μεγάλης κλίμακας βιομηχανική παραγωγή.

Επί του παρόντος, περίπου το 70% των υποστρωμάτων ζαφείρι που χρησιμοποιούνται για LED παγκοσμίως καλλιεργούνται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Kyropoulos ή διάφορες τροποποιημένες εκδόσεις της.Η σημασία των υποστρωμάτων σαφείρου στην κατασκευή LED είναι καλά τεκμηριωμένη σε πολλά ερευνητικά έγγραφαΣτην Κίνα, η πλειοψηφία των επιχειρήσεων ανάπτυξης κρυστάλλων ζαφείρου χρησιμοποιούν τη μέθοδο Kyropoulos.

Οι κρυστάλλοι που καλλιεργούνται με αυτή τη μέθοδο έχουν συνήθως αχλαδιόμορφη εμφάνιση και μπορούν να φθάσουν διαμέτρους έως και 10-30 mm μικρότερους από τη διάμετρο του χωνευτήρα στο οποίο καλλιεργούνται.Η μέθοδος Kyropoulos είναι μια αποτελεσματική και ώριμη τεχνική για την καλλιέργεια μονοκρυστάλλων ζαφείρου μεγάλου διαμέτρου και έχει επιτύχει να παράγει μεγάλου μεγέθους κρυστάλλους ζαφείρουΣτις πρόσφατες ειδήσεις, στις 22 Δεκεμβρίου,Το Crystal Sheng Crystal Laboratory και η θυγατρική του Crystal Ring Electronics ανέπτυξαν από κοινού το τελευταίο καινοτόμο επίτευγμα, ένα πολύ μεγάλο κρυστάλλιο σαφείρου 700 κιλών..

3Μέθοδος Κρυσταλλικής Ανάπτυξης - Μέθοδος Czochralski

Η μέθοδος Czochralski, επίσης γνωστή ως διαδικασία Czochralski ή απλά μέθοδος CZ, είναι μια τεχνική στην οποία ένας κρύσταλλος τραβάται από ένα λιωμένο διάλυμα σε χωνευτήρα.Ανακαλύφθηκε από τον Πολωνό χημικό Jan Czochralski το 1916, αναπτύχθηκε περαιτέρω από τα εργαστήρια Bell στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1950 για την καλλιέργεια μονοκρυσταλλικού γερμανίου.Έχει υιοθετηθεί από άλλους επιστήμονες για την ανάπτυξη ημιαγωγών μονοκρυστάλλων όπως το πυρίτιο.Η μέθοδος αυτή είναι ικανή να αναπτύξει σημαντικούς κρυστάλλους πολύτιμων λίθων, όπως άχρωμα ζαφείρια, ρουμπίνια, γκράνετ αλουμινίου ιτρίου, γκράνετ γαδολίνιου γαλλίου.,Σπινέλ, και σπινέλ.

Η μέθοδος Czochralski είναι μία από τις σημαντικότερες μεθόδους για την καλλιέργεια μεμονωμένων κρυστάλλων από ένα λιώσιμο.Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος Czochralski για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας είναι η μέθοδος Czochralski θερμαινόμενης με επαγωγή.Η επιλογή του υλικού χωνευτήριου ποικίλλει ανάλογα με τον κρυστάλλιο που καλλιεργείται και μπορεί να περιλαμβάνει υλικά όπως ιρίδιο, μολυβδένιο, πλατίνα, γραφίτη και οξείδια υψηλού σημείου τήξης.Σε πρακτικές εφαρμογέςΟι ιριδικοί χωνευτές έχουν τη μικρότερη μόλυνση για τα ζαφείρια, αλλά είναι πολύ ακριβά, με αποτέλεσμα υψηλότερα κόστη.Τα χωνευτήρια βολφραμίου και μολυβδενίου είναι φθηνότερα αλλά μπορεί να εισάγουν περισσότερη μόλυνση..

Η μέθοδος Czochralski-CZ περιλαμβάνει τη θέρμανση της πρώτης ύλης στο σημείο τήξης για να σχηματιστεί ένα λιώσιμο, στη συνέχεια χρησιμοποιώντας ένα μόνο σπόρο κρυστάλλου για να έρθει σε επαφή με την επιφάνεια του λιώματος.Η διαφορά θερμοκρασίας στη διασύνδεση στερεού υγρού μεταξύ του σπόρου και του λιωμένου προκαλεί υποψύχωσηΩς αποτέλεσμα, το λιώσιμο αρχίζει να στερεώνεται στην επιφάνεια του σπόρου, αναπτύσσοντας έναν ενιαίο κρύσταλλο με την ίδια δομή με τον σπόρο.Ο σπόρος τραβάται αργά προς τα πάνω με ελεγχόμενο ρυθμό ενώ περιστρέφεται, επιτρέποντας στο λιώσιμο να στερεωθεί σταδιακά στη διεπαφή υγρού - στερεού του σπόρου, σχηματίζοντας μια ενιαία κρυσταλλική ίνγκο με αξιωτική συμμετρία.

4Μέθοδος EFG - Περιορισμένη από την άκρη αύξηση που τροφοδοτείται από φιλμ

Η μέθοδος Edge-Defined Film-Fed Growth (EFG), που πρωτοεφευρέθηκε ανεξάρτητα από τον Harold LaBelle από το Ηνωμένο Βασίλειο και τον Stepanov από τη Σοβιετική Ένωση τη δεκαετία του 1960,είναι μια τεχνολογία σχηματισμού κοντά στο δίχτυ που περιλαμβάνει την ανάπτυξη κρυστάλλιων κενών άμεσα από ένα λιωμένο υλικόΗ μέθοδος αυτή είναι μια παραλλαγή της μεθόδου Czochralski και προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις παραδοσιακές τεχνικές ανάπτυξης κρυστάλλων.

Το EFG ξεπερνά την ανάγκη εκτεταμένης μηχανικής επεξεργασίας των τεχνητών κρυστάλλων στη βιομηχανική παραγωγή, με αποτέλεσμα εξοικονόμηση υλικών και μείωση του κόστους παραγωγής.Επιτρέπει την άμεση ανάπτυξη των κρυστάλλων στα επιθυμητά σχήματα, εξαλείφοντας την ανάγκη εκτεταμένων διαδικασιών διαμόρφωσης.

Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της μεθόδου EFG είναι η αποδοτικότητα των υλικών

5Μέθοδος HEM - μέθοδος ανταλλακτικού θερμότητας

Το 1969, οι F. Schmid και D. Viechnicki εφηύραν μια νέα μέθοδο ανάπτυξης κρυστάλλων γνωστή ως μέθοδος Schmid-Viechnicki, η οποία αργότερα μετονομάστηκε σε Μέθοδος Ανταλλάκτη Θέρμανσης (HEM) το 1972.Η μέθοδος HEM διακρίνεται ως μία από τις πιο ώριμες τεχνικές για την καλλιέργεια μεγάλων μεγεθών, υψηλής ποιότητας ζαφείρια, με κατευθύνσεις ανάπτυξης κρυστάλλων κατά μήκος του άξονα άξονα, του άξονα m ή του άξονα r, χρησιμοποιώντας συνήθως την κατεύθυνση του άξονα.

Αρχή: Η μέθοδος HEM χρησιμοποιεί έναν εναλλάκτη θερμότητας για την απομάκρυνση της θερμότητας, δημιουργώντας μια κάθετη κλίση θερμοκρασίας εντός της ζώνης ανάπτυξης των κρυστάλλων, όπου η κάτω περιοχή είναι πιο δροσερή από την άνω περιοχή.Αυτή η κλίση ελέγχεται ρυθμίζοντας τη ροή αερίων (συνήθως ήλιο) μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας και ποικίλλοντας την ισχύ θέρμανσης για να διευκολύνει τη σταδιακή στερεοποίηση του λιωμένου από κάτω προς τα πάνω, σχηματίζοντας έναν κρύσταλλο.

Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό της διαδικασίας HEM, σε αντίθεση με άλλες μεθόδους ανάπτυξης κρυστάλλων, είναι ότι η διεπαφή στερεό-ρευστό βυθίζεται κάτω από την επιφάνεια του λιωμένου.Αυτή η βύθιση βοηθά στην καταστολή των θερμικών και μηχανικών διαταραχώνΑυτό το ομοιόμορφο περιβάλλον ανάπτυξης ενισχύει τη χημική ομοιογένεια του κρυστάλλου,που οδηγεί σε υψηλότερης ποιότητας κρύσταλλουςΕπιπλέον, επειδή η επίδραση της επίδρασης in situ αποτελεί μέρος του κύκλου στερεοποίησης HEM, η πυκνότητα ελαττωμάτων είναι συχνά χαμηλότερη σε σύγκριση με άλλες μεθόδους.

Ωστόσο, η μείωση των επιπέδων ελαττωμάτων παραμένει μια πρόκληση.Με τις τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων ετών, η EFG έχει επίσης βρει εφαρμογές σε υλικά που χρησιμοποιούνται για επιταξιακά υπόστρωμα κατάθεση χημικών ατμών μετάλλων-οργανικών (MOCVD) σε ορισμένο βαθμό.

Γενικές ερωτήσεις

Ε:Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της χρήσης ζαφείρινων πλακών σε ηλεκτρονικές εφαρμογές;
Α:Τα ζαφείρινα πλακίδια προσφέρουν οφέλη όπως υψηλή θερμική αγωγιμότητα, ηλεκτρική μόνωση, χημική αδράνεια και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες,που τους καθιστούν κατάλληλους για χρήση σε ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής ισχύος, LED και συστατικά RF.

Ε:Μπορούν οι ζαφείρινες πλάκες να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών, και ποιες ειδικές ιδιότητες τις καθιστούν κατάλληλες για τέτοια περιβάλλοντα;

Α:Τα σφαιρίδια ζαφείριου είναι ιδανικά για εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών λόγω του υψηλού σημείου τήξης (περίπου 2054 ° C), της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας και της θερμικής σταθερότητας.Αυτές οι ιδιότητες επιτρέπουν στα ζαφείρινα πλακίδια να διατηρούν τη δομική τους ακεραιότητα και τις επιδόσεις τους σε ακραίες θερμοκρασίες.

Σύσταση προϊόντος

2 ιντσών Μονοκρυσταλλική Ζαφείρινη Ουάφη

2.Διά76.2mm 0.5mm DSP SSP (0001) C Πλανήτης 3 ιντσών Ζαφείρινη πλάκα υποστρώμα