Diferencias en la aplicación de obleas de zafiro con diferentes orientaciones de cristal
El zafiro es un monocristal de óxido de aluminio. Tiene un sistema cristalino trigonal y una estructura hexagonal. Su estructura cristalina está compuesta por tres átomos de oxígeno y dos átomos de aluminio combinados por enlaces covalentes. Está dispuesto de forma muy apretada y tiene fuertes cadenas de unión, tiene una alta energía reticular y casi no tiene impurezas ni defectos dentro del cristal, por lo que tiene un excelente aislamiento eléctrico, transparencia, buena conductividad térmica y propiedades de alta rigidez, y se usa ampliamente como ventanas ópticas. y materiales de sustrato de alto rendimiento. Sin embargo, la estructura molecular del zafiro es compleja y anisotrópica. El procesamiento y uso de diferentes orientaciones de cristal tienen efectos muy diferentes sobre las propiedades físicas correspondientes, por lo que los usos también son diferentes. En términos generales, los sustratos de zafiro están disponibles en orientaciones de plano C, R, A y M.
Aplicación del zafiro del lado C
Como semiconductor de banda prohibida ancha de tercera generación, el material de nitruro de galio (GaN) tiene propiedades como banda prohibida directa amplia, enlaces atómicos fuertes, alta conductividad térmica, buena estabilidad química (casi no se corroe con ningún ácido) y fuerte con excelente resistencia a la radiación. , tiene amplias perspectivas en la aplicación de optoelectrónica, dispositivos de alta temperatura y alta potencia y dispositivos de microondas de alta frecuencia. Sin embargo, debido al alto punto de fusión del GaN, actualmente es difícil obtener materiales monocristalinos de gran tamaño. Por lo tanto, un método común es realizar un crecimiento heteroepitaxial en otros sustratos, lo que tiene mayores requisitos para los materiales del sustrato.
Aplicación del zafiro del lado A
Debido a sus excelentes propiedades integrales, especialmente su excelente transmitancia, el monocristal de zafiro puede mejorar el efecto de penetración de los rayos infrarrojos, lo que lo convierte en un material ideal para ventanas de infrarrojo medio y se ha utilizado ampliamente en equipos optoelectrónicos militares. Entre ellos, el zafiro del lado A es la superficie en la dirección normal de la superficie polar (lado C) y es una superficie no polar. Generalmente, la calidad de los cristales de zafiro cultivados en la dirección a es mejor que la de los cristales cultivados en la dirección c. Tiene menos dislocaciones, menos estructuras de mosaico y una estructura cristalina más completa, etc., por lo que tiene un mejor rendimiento de transmisión de luz. Al mismo tiempo, debido a la superficie A, el método de enlace atómico de Al-O-Al-O hace que la dureza y la resistencia al desgaste del zafiro en la dirección a sean significativamente mayores que las del zafiro en la dirección c. Por lo tanto, las obleas en dirección A se utilizan principalmente como materiales para ventanas; Además, el zafiro en dirección A también tiene una constante dieléctrica uniforme y altas propiedades de aislamiento, por lo que puede usarse en tecnología de microelectrónica híbrida y también puede usarse para el crecimiento de superconductores altos.
Aplicación de zafiro de superficie R/superficie M
El plano R es el plano no polar del zafiro. Por tanto, los cambios en la posición del plano R en los dispositivos de zafiro le confieren diferentes propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y ópticas. En términos generales, los sustratos de zafiro del plano R se prefieren para la deposición heteroepitaxial de silicio, principalmente para la fabricación de aplicaciones de semiconductores, microondas y circuitos integrados microelectrónicos. También se puede utilizar el crecimiento de sustrato tipo R. Con la popularidad actual de los teléfonos inteligentes y los sistemas de tabletas, los sustratos de zafiro de superficie R han reemplazado los dispositivos SAW compuestos existentes utilizados en teléfonos inteligentes y tabletas, proporcionando un sustrato de dispositivo que puede mejorar el rendimiento.
Además, cuando se utiliza el plano R o el plano M para hacer crecer capas epitaxiales no polares/semipolares, en comparación con el sustrato de zafiro del plano C, puede mejorar parcial o incluso completamente los problemas causados por el campo de polarización en el dispositivo emisor de luz. Por tanto, el material del sustrato utilizado como LED puede ayudar a mejorar la eficiencia luminosa. Sin embargo, al procesar o cortar, elegir la cara m como superficie de corte es propenso a agrietarse y es difícil preparar una superficie de alta calidad.