Farklı kristal yönelimlerine sahip safir levhaların uygulanmasındaki farklılıklar
Safir, tek bir alüminyum oksit kristalidir. Trigonal kristal sistemine ve altıgen yapıya sahiptir. Kristal yapısı kovalent bağlarla birleştirilmiş üç oksijen atomu ve iki alüminyum atomundan oluşur. Çok sıkı bir şekilde düzenlenmiştir ve güçlü bağlama zincirlerine sahiptir ve yüksek kafes enerjisine sahiptir ve kristal içinde neredeyse hiç yabancı madde veya kusur yoktur, bu nedenle mükemmel elektrik yalıtımı, şeffaflık, iyi ısı iletkenliği ve yüksek sertlik özelliklerine sahiptir ve optik pencereler olarak yaygın olarak kullanılır. ve yüksek performanslı alt tabaka malzemeleri. Ancak safirin moleküler yapısı karmaşık ve anizotropiktir. Farklı kristal yönelimlerinin işlenmesi ve kullanılması, karşılık gelen fiziksel özellikler üzerinde çok farklı etkilere sahiptir, dolayısıyla kullanımları da farklıdır. Genel olarak safir substratlar C, R, A ve M düzlem yönlerinde mevcuttur.
C tarafı safir uygulaması
Üçüncü nesil geniş bant aralıklı bir yarı iletken olan galyum nitrür (GaN) malzemesi, geniş doğrudan bant aralığı, güçlü atomik bağlar, yüksek termal iletkenlik, iyi kimyasal stabilite (neredeyse hiçbir asit tarafından aşınmaz) ve güçlü, mükemmel radyasyon direnci gibi özelliklere sahiptir. Optoelektronik, yüksek sıcaklıkta yüksek güçlü cihazlar ve yüksek frekanslı mikrodalga cihazlarının uygulanmasında geniş umutlara sahiptir. Ancak GaN’ın yüksek erime noktası nedeniyle büyük boyutlu tek kristalli malzemelerin elde edilmesi şu anda zordur. Bu nedenle, yaygın bir yöntem, substrat malzemeleri için daha yüksek gereksinimlere sahip olan diğer substratlar üzerinde heteroepitaksiyel büyüme gerçekleştirmektir.
A tarafı safir uygulaması
Mükemmel kapsamlı özellikleri ve özellikle mükemmel geçirgenliği nedeniyle safir tek kristal, kızılötesi ışınların nüfuz etme etkisini artırabilir, bu da onu ideal bir orta kızılötesi pencere malzemesi haline getirir ve askeri optoelektronik ekipmanlarda yaygın olarak kullanılır. Bunlar arasında A tarafı safir, polar yüzeyin (C tarafı) normal yönündeki yüzeydir ve polar olmayan bir yüzeydir. Genel olarak a yönünde büyütülen safir kristallerin kalitesi c yönünde büyütülen kristallerden daha iyidir. Daha az dislokasyona, daha az mozaik yapıya ve daha eksiksiz bir kristal yapıya vb. sahiptir, bu nedenle daha iyi ışık iletim performansına sahiptir. Aynı zamanda, A yüzeyi nedeniyle Al-O-Al-O’nun atomik bağlanma yöntemi, a yönü safirinin sertliğini ve aşınma direncini c yönüne göre önemli ölçüde daha yüksek hale getirir. Bu nedenle A-yönlü levhalar çoğunlukla pencere malzemesi olarak kullanılır; Ayrıca A-yönlü safir aynı zamanda tekdüze dielektrik sabiti ve yüksek yalıtım özelliklerine sahiptir, bu nedenle hibrit mikroelektronik teknolojisinde kullanılabilir ve ayrıca yüksek süper iletkenlerin yetiştirilmesi için de kullanılabilir.
R-yüzey/M-yüzey safir uygulaması
R düzlemi safirin polar olmayan düzlemidir. Bu nedenle safir cihazlarda R düzleminin pozisyonundaki değişiklikler ona farklı mekanik, termal, elektriksel ve optik özellikler kazandırır. Genel olarak konuşursak, R-düzlemi safir substratlar, esas olarak yarı iletken, mikrodalga ve mikroelektronik entegre devre uygulamalarının imalatı için heteroepitaksiyel silikon biriktirme için tercih edilir. R tipi substrat büyümesi de kullanılabilir. Akıllı telefonların ve tablet bilgisayar sistemlerinin mevcut popülerliğiyle birlikte, R-yüzeyli safir alt tabakalar, akıllı telefonlarda ve tablet bilgisayarlarda kullanılan mevcut bileşik SAW cihazlarının yerini alarak performansı artırabilecek bir cihaz alt tabakası sağladı.
Ek olarak, R-düzlemi veya M-düzlemi polar olmayan/yarı-polar epitaksiyel katmanları büyütmek için kullanıldığında, C-düzlemi safir alt katmanıyla karşılaştırıldığında, polarizasyon alanının neden olduğu sorunları kısmen veya hatta tamamen iyileştirebilir. ışık yayan cihaz. Bu nedenle LED olarak kullanılan alt tabaka malzemesi ışık verimliliğinin artırılmasına yardımcı olabilir. Ancak işleme veya kesme sırasında kesme yüzeyi çatlamaya yatkın olduğundan m-yüzünü seçmek kaliteli bir yüzey hazırlamak zordur.