ความแตกต่างในการใช้งานเวเฟอร์แซฟไฟร์ที่มีการวางแนวคริสตัลต่างกัน

แซฟไฟร์เป็นผลึกเดี่ยวของอลูมิเนียมออกไซด์ มีระบบคริสตัลทรงสามเหลี่ยมและโครงสร้างหกเหลี่ยม โครงสร้างผลึกประกอบด้วยอะตอมออกซิเจน 3 อะตอมและอะลูมิเนียม 2 อะตอมรวมกันด้วยพันธะโควาเลนต์ มันถูกจัดเรียงอย่างแน่นหนาและมีโซ่ยึดเกาะที่แข็งแรง และมีพลังงานขัดแตะสูงและแทบไม่มีสิ่งเจือปนหรือข้อบกพร่องภายในคริสตัล ดังนั้นจึงมีฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ความโปร่งใส การนำความร้อนที่ดีและคุณสมบัติความแข็งแกร่งสูง และถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นหน้าต่างแสง และวัสดุซับสเตรตประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม โครงสร้างโมเลกุลของแซฟไฟร์มีความซับซ้อนและเป็นแอนไอโซโทรปิก การประมวลผลและการใช้การวางแนวของคริสตัลที่แตกต่างกันมีผลกระทบที่แตกต่างกันมากต่อคุณสมบัติทางกายภาพที่สอดคล้องกัน ดังนั้นการใช้งานจึงแตกต่างกันเช่นกัน โดยทั่วไปแล้ว วัสดุซับแซฟไฟร์มีจำหน่ายในทิศทางระนาบ C, R, A และ M

การใช้แซฟไฟร์ฝั่ง C

วัสดุแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) เป็นเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้างรุ่นที่สาม มีคุณสมบัติต่างๆ เช่น ช่องว่างของแถบตรงที่กว้าง พันธะอะตอมที่แข็งแกร่ง ค่าการนำความร้อนสูง ความเสถียรทางเคมีที่ดี (แทบไม่ถูกกัดกร่อนด้วยกรดใดๆ เลย) และแข็งแรง พร้อมต้านทานการแผ่รังสีที่ดีเยี่ยม มีแนวโน้มกว้างไกลในการใช้งานออปโตอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์กำลังสูงอุณหภูมิสูง และอุปกรณ์ไมโครเวฟความถี่สูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจุดหลอมเหลวของ GaN สูง จึงเป็นเรื่องยากที่จะได้วัสดุผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ในปัจจุบัน ดังนั้น วิธีการทั่วไปคือทำการเจริญเติบโตแบบเฮเทอโรเอปิแอกเซียลบนซับสเตรตอื่น ซึ่งมีความต้องการวัสดุซับสเตรตที่สูงกว่า

การใช้แซฟไฟร์ด้าน A

เนื่องจากคุณสมบัติที่ครอบคลุมที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการส่งผ่านที่ยอดเยี่ยม ผลึกเดี่ยวแซฟไฟร์จึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแทรกซึมของรังสีอินฟราเรดได้ ทำให้เป็นวัสดุหน้าต่างอินฟราเรดกลางในอุดมคติ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ทางทหาร แซฟไฟร์ด้าน A คือพื้นผิวในทิศทางปกติของพื้นผิวขั้ว (ด้าน C) และเป็นพื้นผิวที่ไม่มีขั้ว โดยทั่วไปแล้ว คุณภาพของคริสตัลแซฟไฟร์ที่เติบโตในทิศทางหนึ่งจะดีกว่าคุณภาพของคริสตัลที่เติบโตในทิศทาง c มีการเคลื่อนตัวน้อยกว่า โครงสร้างโมเสกน้อยกว่า และโครงสร้างคริสตัลที่สมบูรณ์มากขึ้น ฯลฯ ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพการส่งผ่านแสงที่ดีขึ้น ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากพื้นผิว A วิธีการพันธะอะตอมของ Al-O-Al-O ทำให้ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอของแซฟไฟร์แบบ a-direction สูงกว่าแซฟไฟร์ที่มีทิศทาง c อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นเวเฟอร์ A-direction ส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัสดุหน้าต่าง นอกจากนี้แซฟไฟร์ A-direction ยังมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสม่ำเสมอและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนสูง จึงสามารถนำไปใช้ในเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบไฮบริดและยังสามารถใช้สำหรับการเติบโตของตัวนำยิ่งยวดสูงอีกด้วย

การใช้แซฟไฟร์พื้นผิว R/พื้นผิว M

ระนาบ R คือระนาบที่ไม่มีขั้วของแซฟไฟร์ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของระนาบ R ในอุปกรณ์แซฟไฟร์ทำให้คุณสมบัติทางกล ความร้อน ไฟฟ้า และทางแสงแตกต่างกันออกไป โดยทั่วไปแล้ว วัสดุซับสเตรตแซฟไฟร์ระนาบ R เป็นที่นิยมสำหรับการสะสมของซิลิคอนแบบเฮเทอโรเอปิแอกเซียล โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ไมโครเวฟ และการใช้งานวงจรรวมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ สามารถใช้การเติบโตของซับสเตรตประเภท R ได้ ด้วยความนิยมในปัจจุบันของสมาร์ทโฟนและระบบคอมพิวเตอร์แท็บเล็ต พื้นผิวแซฟไฟร์ R-surface ได้เข้ามาแทนที่อุปกรณ์ SAW แบบผสมที่มีอยู่ซึ่งใช้ในสมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์แท็บเล็ต ทำให้เกิดเป็นวัสดุตั้งต้นของอุปกรณ์ที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้

นอกจากนี้ เมื่อใช้ระนาบ R หรือระนาบ M เพื่อขยายชั้น epitaxis ที่ไม่มีขั้ว/กึ่งขั้ว เมื่อเปรียบเทียบกับซับสเตรตแซฟไฟร์ของระนาบ C ก็สามารถปรับปรุงปัญหาที่เกิดจากสนามโพลาไรเซชันได้บางส่วนหรือทั้งหมด อุปกรณ์เปล่งแสง ดังนั้นวัสดุพื้นผิวที่ใช้เป็น LED จึงสามารถช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการส่องสว่างได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อแปรรูปหรือตัด การเลือกหน้าตัด m เนื่องจากพื้นผิวการตัดมีแนวโน้มที่จะแตกร้าว และเป็นเรื่องยากในการเตรียมพื้นผิวคุณภาพสูง