Сапфир — это монокристалл оксида алюминия, относящийся к трехкомпонентной кристаллической системе, имеющий гексагональную структуру. Его кристаллическая структура состоит из трех атомов кислорода и двух атомов алюминия, связанных ковалентными связями, расположенных очень близко друг к другу, с прочной цепной связью и высокой энергией решетки. При этом его кристаллическая структура практически не содержит примесей или дефектов, поэтому он обладает превосходной электроизоляцией, прозрачностью, хорошей теплопроводностью и высокой жесткостью. Широко используется в качестве оптических окон и высокоэффективных подложек. Однако молекулярная структура сапфира сложна и обладает анизотропией, а влияние на соответствующие физические свойства сильно различается в зависимости от направления кристалла при обработке и использовании, поэтому и применение сапфира также различно. В целом, сапфировые подложки доступны в плоскостях C, R, A и M.
ПрименениеС-плоскостная сапфировая пластина
Нитрид галлия (GaN), как широкозонный полупроводник третьего поколения, обладает широкой прямой запрещенной зоной, прочными атомными связями, высокой теплопроводностью, хорошей химической стабильностью (практически не подвержен коррозии под воздействием кислот) и высокой устойчивостью к облучению, что открывает широкие перспективы его применения в оптоэлектронике, высокотемпературных и мощных устройствах, а также высокочастотных микроволновых устройствах. Однако из-за высокой температуры плавления GaN трудно получить крупноразмерные монокристаллические материалы, поэтому распространенным методом является гетероэпитаксиальный рост на других подложках, что предъявляет более высокие требования к материалам подложки.
По сравнению ссапфировая подложкаПри сравнении с другими кристаллическими гранями, степень несоответствия постоянных решетки между сапфировой пластиной с ориентацией C-плоскости (<0001>) и пленками, осажденными в группах III-V и II-VI (такими как GaN), относительно невелика, а степень несоответствия постоянных решетки между ними иAlN фильмыМатериал, который можно использовать в качестве буферного слоя, еще меньше по размеру и отвечает требованиям высокой термостойкости в процессе кристаллизации GaN. Поэтому он является распространенным подложечным материалом для выращивания GaN и может использоваться для изготовления белых/синих/зеленых светодиодов, лазерных диодов, инфракрасных детекторов и т. д.
Стоит отметить, что пленка GaN, выращенная на сапфировой подложке с ориентацией по плоскости C, растет вдоль ее полярной оси, то есть в направлении оси C. Это не только зрелый процесс роста и эпитаксии, относительно низкая стоимость, стабильные физические и химические свойства, но и лучшие технологические характеристики. Атомы сапфировой пластины с ориентацией по плоскости C связаны в структуре O-al-al-o-al-O, в то время как кристаллы сапфира с ориентацией по плоскостям M и A связаны в структуре al-O-al-O. Поскольку связь Al-Al имеет более низкую энергию связи и более слабую связь, чем связь Al-O, по сравнению с кристаллами сапфира с ориентацией по плоскостям M и A, обработка сапфира с ориентацией по плоскости C в основном заключается в раскрытии связи Al-Al, что облегчает обработку и позволяет получить более высокое качество поверхности, а затем получить лучшее качество эпитаксиального нитрида галлия, что может улучшить качество сверхъярких белых/синих светодиодов. С другой стороны, пленки, выращенные вдоль оси C, обладают эффектами спонтанной и пьезоэлектрической поляризации, что приводит к возникновению сильного внутреннего электрического поля внутри пленок (квантовые ямы активного слоя), которое значительно снижает светоотдачу пленок GaN.
Сапфировая пластина A-плоскостиприложение
Благодаря своим превосходным комплексным характеристикам, особенно отличной светопропускаемости, монокристалл сапфира может усиливать эффект проникновения инфракрасного излучения и стать идеальным материалом для окон в среднем инфракрасном диапазоне, широко используемым в военном фотоэлектрическом оборудовании. В данном случае A-сапфир представляет собой полярную плоскость (C-плоскость) в направлении, перпендикулярном плоскости грани, а — неполярную поверхность. Как правило, качество кристалла A-ориентированного сапфира лучше, чем у кристалла C-ориентированного, с меньшим количеством дислокаций, меньшей мозаичной структурой и более полной кристаллической структурой, поэтому он обладает лучшими светопропускающими свойствами. В то же время, благодаря типу атомной связи Al-O-Al-O на плоскости a, твердость и износостойкость A-ориентированного сапфира значительно выше, чем у C-ориентированного. Поэтому чипы A-направленного типа чаще всего используются в качестве материалов для окон; Кроме того, сапфир обладает равномерной диэлектрической постоянной и высокими изоляционными свойствами, поэтому его можно применять в гибридной микроэлектронике, а также для выращивания превосходных проводников, таких как TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, выращивание гетерогенных эпитаксиальных сверхпроводящих пленок на композитной подложке из оксида церия (CeO2) и сапфира. Однако из-за большой энергии связи Al-O его обработка также затруднена.
ПрименениеR/M плоскостная сапфировая пластина
R-плоскость — это неполярная поверхность сапфира, поэтому изменение положения R-плоскости в сапфировом устройстве приводит к изменению его механических, термических, электрических и оптических свойств. В целом, сапфировые подложки с R-поверхностью предпочтительны для гетероэпитаксиального осаждения кремния, главным образом для полупроводниковых, микроволновых и микроэлектронных интегральных схем, а также для производства выводов, других сверхпроводящих компонентов, резисторов с высоким сопротивлением; арсенид галлия также может использоваться для выращивания подложек R-типа. В настоящее время, с ростом популярности смартфонов и планшетных компьютеров, сапфировые подложки с R-поверхностью заменили существующие составные устройства на поверхностных акустических волнах, используемые в смартфонах и планшетных компьютерах, предоставляя подложку для устройств, способных улучшить их характеристики.
В случае нарушения свяжитесь с нами для удаления.
Дата публикации: 16 июля 2024 г.