Различия в применении пластин сапфира с разной ориентацией кристаллов

Сапфир – это монокристалл оксида алюминия. Он имеет тригональную кристаллическую систему и гексагональную структуру. Его кристаллическая структура состоит из трех атомов кислорода и двух атомов алюминия, соединенных ковалентными связями. Он устроен очень плотно и имеет прочные связывающие цепи. Он имеет высокую энергию решетки и почти не имеет примесей или дефектов внутри кристалла, поэтому имеет отличную электроизоляцию, прозрачность, хорошую теплопроводность и высокие свойства жесткости и широко используется в качестве оптических окон. и высокоэффективные материалы подложки. Однако молекулярная структура сапфира сложна и анизотропна. Обработка и использование различных ориентаций кристаллов очень по-разному влияют на соответствующие физические свойства, поэтому способы использования также различаются. Вообще говоря, сапфировые подложки доступны в плоскостях ориентации C, R, A и M.

Применение сапфира C-стороны

Как широкозонный полупроводник третьего поколения, материал нитрида галлия (GaN) обладает такими свойствами, как широкая прямая запрещенная зона, прочные атомные связи, высокая теплопроводность, хорошая химическая стабильность (почти не подвергается коррозии какой-либо кислотой) и прочность. С отличной радиационной стойкостью. , он имеет широкие перспективы в применении оптоэлектроники, высокотемпературных приборов большой мощности и высокочастотных СВЧ-приборов. Однако из-за высокой температуры плавления GaN в настоящее время сложно получить монокристаллические материалы больших размеров. Поэтому распространенным методом является выполнение гетероэпитаксиального выращивания на других подложках, что предъявляет более высокие требования к материалам подложек.

Применение сапфира А-стороны

Благодаря своим превосходным комплексным свойствам, особенно отличному коэффициенту пропускания, монокристалл сапфира может усиливать эффект проникновения инфракрасных лучей, что делает его идеальным материалом для окон среднего инфракрасного диапазона и широко используется в военном оптоэлектронном оборудовании. Среди них сапфир на стороне А представляет собой поверхность в нормальном направлении к полярной поверхности (сторона С) и является неполярной поверхностью. Как правило, качество кристаллов сапфира, выращенных в направлении а, лучше, чем у кристаллов, выращенных в направлении с. Он имеет меньше дислокаций, меньше мозаичных структур и более полную кристаллическую структуру и т. д., поэтому он имеет лучшие характеристики светопропускания. В то же время за счет поверхности А метод атомной связи Al-O-Al-O делает твердость и износостойкость сапфира а-направления значительно выше, чем у сапфира с-направления. Поэтому пластины А-направления чаще всего используются в качестве оконных материалов; Кроме того, сапфир А-направления также обладает однородной диэлектрической проницаемостью и высокими изоляционными свойствами, поэтому его можно использовать в технологии гибридной микроэлектроники, а также для выращивания высоких сверхпроводников.

Применение сапфира R-поверхность/M-поверхность

Плоскость R — это неполярная плоскость сапфира. Поэтому изменения положения плоскости R в сапфировых устройствах придают ему различные механические, термические, электрические и оптические свойства. Вообще говоря, сапфировые подложки с R-плоскостью предпочтительны для гетероэпитаксиального осаждения кремния, главным образом для производства полупроводниковых, микроволновых и микроэлектронных интегральных схем. Также можно использовать рост субстрата R-типа. В связи с нынешней популярностью смартфонов и планшетных компьютерных систем сапфировые подложки R-поверхности заменили существующие составные устройства SAW, используемые в смартфонах и планшетных компьютерах, предоставив подложку для устройств, которая может улучшить производительность.

Кроме того, когда R-плоскость или M-плоскость используются для выращивания неполярных/полуполярных эпитаксиальных слоев, по сравнению с сапфировой подложкой C-плоскости, это может частично или даже полностью решить проблемы, вызванные поляризационным полем в светоизлучающее устройство. Таким образом, материал подложки, используемый в качестве светодиода, может помочь улучшить светоотдачу. Однако при обработке или резке, выбирая м-образную поверхность, поскольку режущая поверхность склонна к растрескиванию, и подготовить качественную поверхность сложно.