Сапфир представляет собой монокристалл оксида алюминия, относится к трехкомпонентной кристаллической системе, гексагональной структуре, его кристаллическая структура состоит из трех атомов кислорода и двух атомов алюминия в ковалентном типе связи, расположенных очень близко, с сильной цепью связи и энергией решетки, в то время как его кристаллическая внутренняя часть почти не имеет примесей или дефектов, поэтому он имеет превосходную электроизоляцию, прозрачность, хорошую теплопроводность и высокие характеристики жесткости. Широко используется в качестве оптических оконных и высокопроизводительных материалов подложек. Однако молекулярная структура сапфира сложна и имеет анизотропию, и влияние на соответствующие физические свойства также сильно различается для обработки и использования различных направлений кристалла, поэтому использование также различается. В общем, сапфировые подложки доступны в направлениях плоскостей C, R, A и M.
ПрименениеСапфировая пластина C-плоскости
Нитрид галлия (GaN) как широкозонный полупроводник третьего поколения, имеет широкую прямую запрещенную зону, сильную атомную связь, высокую теплопроводность, хорошую химическую стабильность (практически не корродирует ни одна кислота) и сильную антирадиационную способность, и имеет широкие перспективы в применении оптоэлектроники, высокотемпературных и мощных приборов и высокочастотных СВЧ-устройств. Однако из-за высокой температуры плавления GaN сложно получить крупногабаритные монокристаллические материалы, поэтому распространенным способом является проведение гетероэпитаксиального роста на других подложках, что предъявляет более высокие требования к материалам подложки.
По сравнению ссапфировая подложкас другими гранями кристалла скорость несоответствия постоянной решетки между пластиной сапфира в 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 двумя ипленки AlNкоторый может быть использован в качестве буферного слоя, еще меньше и соответствует требованиям по стойкости к высоким температурам в процессе кристаллизации GaN. Поэтому это распространенный материал подложки для роста GaN, который может быть использован для изготовления белых/синих/зеленых светодиодов, лазерных диодов, инфракрасных детекторов и т. д.
Стоит отметить, что пленка GaN, выращенная на подложке из сапфира в плоскости C, растет вдоль ее полярной оси, то есть в направлении 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 пластины сапфира с ориентацией C связаны в расположении O-al-al-o-al-O, в то время как кристаллы сапфира с ориентацией M и A 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 ориентацией M и A, 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 эпитаксиальное качество 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 (квантовые ямы 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 является полярной плоскостью (плоскостью С) в нормальном направлении грани, является неполярной поверхностью. Как правило, качество кристалла сапфира с ориентацией А лучше, чем у кристалла с ориентацией С, с меньшим количеством дислокаций, 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 также имеет равномерную диэлектрическую проницаемость и высокие изоляционные свойства, поэтому его можно применять в гибридной микроэлектронной технологии, а также для выращивания превосходных проводников, таких как использование TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, выращивание гетерогенных эпитаксиальных сверхпроводящих пленок на композитной подложке из сапфира оксида церия (CeO2). Однако, также из-за большой энергии связи Al-O, его сложнее обрабатывать.
ПрименениеСапфировая пластина 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, сапфировая подложка с R-поверхностью предпочтительна для гетероэпитаксиального осаждения кремния, в основном для полупроводниковых, микроволновых и микроэлектронных интегральных схем, в производстве свинца, других сверхпроводящих компонентов, резисторов с высоким сопротивлением, арсенид галлия также может использоваться для роста подложек R-типа. В настоящее время, с ростом популярности смартфонов и планшетных компьютерных систем, сапфировая подложка с R-поверхностью заменила существующие составные устройства SAW, используемые для смартфонов и планшетных компьютеров, предоставив подложку для устройств, которые могут улучшить производительность.
Если есть нарушение, свяжитесь с нами, чтобы удалить
Время публикации: 16 июля 2024 г.