Kui palju sa tead Sapphire'i kohta?

Safiiri kristallkasvatatakse kõrge puhtusega alumiiniumoksiidipulbrist, puhtusega üle 99,995%. See on kõrge puhtusastmega alumiiniumoksiidi suurim nõudluse piirkond. Sellel on kõrge tugevuse, kõrge kõvaduse ja stabiilsete keemiliste omaduste eelised. See võib töötada karmides keskkondades nagu kõrge temperatuur, korrosioon ja mõju. Seda kasutatakse laialdaselt kaitse- ja tsiviiltehnoloogias, mikroelektroonika tehnoloogias ja muudes valdkondades.

Alates suure puiduga alumiiniumoksiidi pulbrist kuni safiiri kristallini

Safiiri peamised rakendused

LED -substraat on suurim safiiri rakendus. LED-i rakendamine valgustuses on kolmas revolutsioon pärast fluorestsentslampe ja energiasäästlikke lampe. LED -i põhimõte on elektrienergia muundamine kerge energiaks. Kui vool läbib pooljuhti, ühendavad augud ja elektronid ning liigne energia vabaneb valguse energiana, põhjustades lõpuks helendava valgustuse mõju.LED -kiibitehnoloogiapõhinebepitaksiaalsed vahvlid. Substraadile ladestunud gaasiliste materjalide kihtide kaudu hõlmavad substraadi materjalid peamiselt räni substraati,räni karbiidisubstraatja safiiri substraat. Nende hulgas on safiiri substraadil ilmselgeid eeliseid kahe ülejäänud substraadi meetodi suhtes. Safiiri substraadi eelised kajastuvad peamiselt seadme stabiilsuses, küpses ettevalmistustehnoloogias, nähtava valguse mittesubamise, hea valguse läbilaskvuse ja mõõduka hinnaga. Andmete kohaselt kasutab 80% maailma juhitud ettevõtetest substraadimaterjalina safiiri.

Lisaks ülalnimetatud väljale saab safiiri kristalle kasutada ka mobiiltelefonide ekraanidel, meditsiiniseadmetel, ehete kaunistusel ja muudel põldudel. Lisaks saab neid kasutada ka aknamaterjalidena mitmesuguste teaduslike tuvastamisinstrumentide jaoks, näiteks läätsed ja prismid.

Safiiri kristallide ettevalmistamine

1964. aastal rakendas Poladino, AE ja Rotter, BD seda meetodit kõigepealt safiiri kristallide kasvule. Siiani on toodetud suur hulk kvaliteetseid safiiri kristalle. Põhimõte on järgmine: esiteks kuumutatakse tooraine sulamistemperatuuriks sulamise moodustamiseks ja seejärel kasutatakse sula pinnaga kokkupuutumiseks üksikkristallseemneid (st seemnekristalli). Temperatuuri erinevuse tõttu on seemnekristalli ja sula vaheline tahke vedelik liides ülejahutatud, nii et sula hakkab seemnekristalli pinnal tahkuma ja hakkab kasvatama ühe kristalli sama kristallstruktuuriga kuiseemnekristall. Samal ajal tõmmatakse seemnekristall aeglaselt ülespoole ja pööratakse teatud kiirusel. Seemnekristalli tõmmates tahkestub sula tahke vedeliku liidesel järk-järgult ja moodustub seejärel üksikkristall. See on meetod kristallide kasvatamiseks sulast, tõmmates seemnekristalli, mis suudab sulast kvaliteetseid üksikkristalle valmistada. See on üks tavaliselt kasutatavaid kristallide kasvu meetodeid.

Czochralski meetodi kasutamise eelised kristallide kasvatamiseks on:

(1) kasvutempo on kiire ja kvaliteetseid üksikkristalle saab lühikese aja jooksul kasvatada; 

(2) Kristall kasvab sula pinnal ega puutu kokku tiigli seinaga, mis võib tõhusalt vähendada kristalli sisemist stressi ja parandada kristallide kvaliteeti. 

Selle kristallide kasvatamise meetodi peamine puudus on aga see, et kasvatatava kristalli läbimõõt on väike, mis ei soodusta suuremahuliste kristallide kasvu.

Kyropoulose meetod safiiri kristallide kasvatamiseks

Kyropoulose meetodit, mida leiutab Kyropouls 1926. aastal, nimetatakse KY meetodiks. Selle põhimõte on sarnane Czochralski meetodi omaga, st seemnekristall viiakse kokku sula pinnaga ja tõmmatakse seejärel aeglaselt üles. Pärast seda, kui seemnekristall on mõneks ajaks ülespoole tõmmatud, et moodustada kristallkael, ei tõmmata seemnekristalli enam pärast sula ja seemnekristalli vahelise liidese tahkestamiskiirust enam üles ega pöörata. Üksikkristall tahkub järk -järgult ülalt alla, kontrollides jahutus kiirust ja lõpuks aüksikkristallmoodustatakse.

Kilbingiprotsessi toodetud toodetel on kõrgekvaliteedilised, madala defekti tiheduse, suure suurusega ja parema kulutõhususe omadused.

Safiiri kristallide kasv juhendatud hallitusmeetodi abil

Spetsiaalse kristallide kasvutehnoloogiana kasutatakse juhendatud hallitusmeetodit järgmises põhimõttes: kõrge sulamistemperatuuri sulatamise abil vormile imetakse sula nii vormi kapillaaride toimel, et saavutada seemnekristalliga kontakt, ja seemnete kristallide ajal saab moodustada üksikkristall ja pidev tahkumine. Samal ajal on vormi serva suurusel ja kuju kristalli suurusele teatud piirangud. Seetõttu on sellel meetodil rakendusprotsessis teatud piirangud ja see on rakendatav ainult spetsiaalsete safiiride kristallide, näiteks torukujulise ja U-kujuga.

Safiiri kristallide kasv soojusvahetusmeetodi abil

Soojusvahetusmeetod suure suurusega safiiri kristallide valmistamiseks leiutati Fred Schmidi ja Dennise poolt 1967. aastal. Soojusvahetusmeetodil on hea soojus isolatsiooniefekt, see võib iseseisvalt kontrollida sula ja kristalli temperatuurigradienti, sellel on hea kontrollitavus ning see on lihtsam kasvatada sapphiirkristalle madala dislokatsiooni ja suure suurusega.

Soojusvahetusmeetodi kasutamise eeliseks safiiri kristallide kasvatamiseks on see, et tiiglid, kristall ja küttekeha ei liigu kristallide kasvu ajal, välistades Kyvo meetodi venitusoperatsiooni ja tõmbamismeetodi, vähendades inimese häiretegureid ja vältides sellega mehaanilisest liikumisest põhjustatud kristallidefekte; Samal ajal saab jahutuskiirust kontrollida, et vähendada kristallide termilist pinget ning sellest tulenevat kristallide pragunemist ja nihestamise defekte ning võib kasvada suuremad kristallid. Seda on lihtsam kasutada ja sellel on head arenguväljavaated.

Võrdlusallikad:

[1] Zhu Zhenfeng. Uuringud safiiri kristallide pinna morfoloogia ja praekahjustuste kohta teemanttraadil viilutamise teel

[2] Chang Hui. Rakendusuuringud suure suurusega safiiri kristallide kasvutehnoloogia kohta

[3] Zhang Xueping. Safiiri kristallide kasvu ja LED -rakenduse uuringud

[4] Liu Jie. Ülevaade safiiri kristallide ettevalmistamise meetoditest ja omadustest