Сапфир — это монокристалл оксида алюминия, относящийся к трехчастной кристаллической системе, с гексагональной структурой. Его кристаллическая структура состоит из трех атомов кислорода и двух атомов алюминия в ковалентной связи, расположенных очень близко друг к другу, с прочной цепью связей и энергией решетки. Внутри кристалла почти нет примесей или дефектов, поэтому он обладает отличной электроизоляцией, прозрачностью, хорошей теплопроводностью и высокими характеристиками жесткости. Широко используется в качестве оптических окон и высокопроизводительных материалов для подложек. Однако молекулярная структура сапфира сложна и обладает анизотропией, а влияние на соответствующие физические свойства также сильно различается для обработки и использования различных направлений кристалла, поэтому использование также различно. В общем, сапфировые подложки доступны в направлениях плоскостей C, R, A и M.
ПрименениеСапфировая пластина C-плоскости
Нитрид галлия (GaN), будучи широкозонным полупроводником третьего поколения, обладает широкой прямой запрещенной зоной, прочными межатомными связями, высокой теплопроводностью, хорошей химической стабильностью (практически не подвержен коррозии под действием кислот) и высокой антирадиационной стойкостью, что открывает широкие перспективы применения в оптоэлектронике, высокотемпературных и мощных приборах, а также в высокочастотных СВЧ-устройствах. Однако из-за высокой температуры плавления GaN получение крупногабаритных монокристаллических материалов затруднено, поэтому распространенным способом является гетероэпитаксиальный рост на других подложках, предъявляющий более высокие требования к материалам подложки.
По сравнению ссапфировая подложкас другими гранями кристалла, скорость несоответствия постоянной решетки между пластиной сапфира C-плоскости (ориентация <0001>) и пленками, нанесенными в группы Ⅲ-Ⅴ и Ⅱ-Ⅵ (например, GaN), относительно мала, а скорость несоответствия постоянной решетки между ними ипленки AlN, который может использоваться в качестве буферного слоя, имеет ещё меньшие размеры и отвечает требованиям к высокой термостойкости в процессе кристаллизации GaN. Поэтому он является распространённым материалом для подложек, используемых для выращивания GaN, который может использоваться для производства белых, синих и зелёных светодиодов, лазерных диодов, инфракрасных детекторов и т. д.
Стоит отметить, что пленка GaN, выращенная на сапфировой подложке с C-плоскостью, растет вдоль ее полярной оси, то есть направления оси C, что является не только зрелым процессом роста и процессом эпитаксии, относительно низкой стоимостью, стабильными физическими и химическими свойствами, но и лучшей производительностью обработки. Атомы сапфировой пластины с C-ориентацией связаны в расположении O-al-al-o-al-O, в то время как кристаллы сапфира с M-ориентацией и A-ориентацией связаны в al-O-al-O. Поскольку Al-Al имеет более низкую энергию связи и более слабую связь, чем Al-O, по сравнению с кристаллами сапфира с M-ориентацией и A-ориентацией, обработка C-сапфира в основном заключается в открытии ключа Al-Al, который легче обрабатывать, и может получить более высокое качество поверхности, а затем получить лучшее качество эпитаксии нитрида галлия, что может улучшить качество сверхярких белых / синих светодиодов. С другой стороны, пленки, выращенные вдоль оси С, обладают эффектами спонтанной и пьезоэлектрической поляризации, что приводит к возникновению сильного внутреннего электрического поля внутри пленок (квантовых ям активного слоя), что значительно снижает световую эффективность пленок GaN.
Сапфировая пластина А-плоскостиприложение
Благодаря своим превосходным комплексным характеристикам, особенно превосходному пропусканию, монокристалл сапфира может усилить эффект проникновения инфракрасного излучения и стать идеальным материалом для окон среднего инфракрасного диапазона, который широко используется в военном фотоэлектрическом оборудовании. Где сапфир А - полярная плоскость (плоскость С) в нормальном направлении грани, является неполярной поверхностью. Как правило, качество кристалла сапфира с ориентацией А лучше, чем у кристалла с ориентацией С, с меньшей дислокацией, меньшей мозаичной структурой и более полной кристаллической структурой, поэтому он имеет лучшие характеристики пропускания света. В то же время, из-за режима атомной связи Al-O-Al-O на плоскости а, твердость и износостойкость сапфира с ориентацией А значительно выше, чем у сапфира с ориентацией С. Поэтому чипы с ориентацией А в основном используются в качестве оконных материалов; Кроме того, сапфир А обладает однородной диэлектрической проницаемостью и высокими изоляционными свойствами, что позволяет применять его в гибридной микроэлектронике, а также для выращивания превосходных проводников, таких как TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, для выращивания гетерогенных эпитаксиальных сверхпроводящих пленок на композитной подложке из сапфира на основе оксида церия (CeO2). Однако из-за большой энергии связи Al-O его обработка более сложна.
Применениепластина сапфира R/M-плоскости
R-плоскость является неполярной поверхностью сапфира, поэтому изменение положения R-плоскости в сапфировом устройстве придает ему различные механические, термические, электрические и оптические свойства. В целом, подложка сапфира с R-поверхностью предпочтительна для гетероэпитаксиального осаждения кремния, в основном для полупроводниковых, микроволновых и микроэлектронных интегральных схем, при производстве свинца, других сверхпроводящих компонентов, высокоомных резисторов, арсенид галлия также может быть использован для роста подложек R-типа. В настоящее время, с ростом популярности смартфонов и планшетных компьютеров, подложка сапфира с R-гранью заменила существующие составные устройства SAW, используемые в смартфонах и планшетных компьютерах, обеспечивая подложку для устройств, которые могут повысить производительность.
Если есть нарушение, свяжитесь с нами, чтобы удалить.
Время публикации: 16 июля 2024 г.