Сапфир представляет собой монокристалл оксида алюминия, принадлежит к трехчастной кристаллической системе, имеет гексагональную структуру, его кристаллическая структура состоит из трех атомов кислорода и двух атомов алюминия с ковалентной связью, расположенных очень близко, с прочной цепью связи и энергией решетки, в то время как его Внутри кристалла почти нет примесей и дефектов, поэтому он обладает отличной электроизоляцией, прозрачностью, хорошей теплопроводностью и высокими характеристиками жесткости. Широко используется в качестве материалов для оптических окон и высокоэффективных подложек. Однако молекулярная структура сапфира сложна и имеет анизотропию, а влияние на соответствующие физические свойства также сильно различается при обработке и использовании разных направлений кристаллов, поэтому использование также различно. Как правило, сапфировые подложки доступны в плоскостях C, R, A и M.
ПрименениеСапфировая пластина C-плоскости
Нитрид галлия (GaN) как широкозонный полупроводник третьего поколения, имеет широкую запрещенную зону, прочную атомную связь, высокую теплопроводность, хорошую химическую стабильность (почти не разъедается кислотой) и сильную противорадиационную способность, а также имеет широкие перспективы в применение оптоэлектроники, высокотемпературных и силовых устройств и высокочастотных СВЧ-устройств. Однако из-за высокой температуры плавления GaN трудно получить монокристаллические материалы большого размера, поэтому распространенным способом является проведение гетероэпитаксиального роста на других подложках, что предъявляет более высокие требования к материалам подложек.
По сравнению ссапфировая подложкас другими гранями кристалла, степень несоответствия постоянной решетки между сапфировой пластиной C-плоскости (ориентация <0001>) и пленками, осажденными в группах Ⅲ-Ⅴ и Ⅱ-Ⅵ (таких как GaN), относительно невелика, а несоответствие постоянной решетки ставка между двумя иФильмы АлНкоторый можно использовать в качестве буферного слоя, еще меньше и отвечает требованиям устойчивости к высоким температурам в процессе кристаллизации GaN. Таким образом, это распространенный материал подложки для выращивания GaN, который можно использовать для изготовления белых/синих/зеленых светодиодов, лазерных диодов, инфракрасных детекторов и так далее.
Стоит отметить, что пленка GaN, выращенная на сапфировой подложке C-плоскости, растет вдоль своей полярной оси, то есть в направлении оси C, что представляет собой не только зрелый процесс роста и процесс эпитаксии, относительно низкую стоимость, стабильную физическую стабильность. и химические свойства, но и лучшая производительность обработки. Атомы пластины сапфира с C-ориентацией связаны по схеме O-al-al-o-al-O, тогда как кристаллы сапфира с M-ориентацией и A связаны по схеме 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 эпитаксиальное качество нитрида галлия, что может улучшить качество белого/синего светодиода сверхвысокой яркости. 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), что значительно снижает светоотдачу пленок GaN.
Сапфировая пластина А-плоскостиприложение
Благодаря своим превосходным комплексным характеристикам, особенно превосходному коэффициенту пропускания, монокристалл сапфира может усилить эффект проникновения инфракрасного излучения и стать идеальным материалом для окон среднего инфракрасного диапазона, который широко используется в военном фотоэлектрическом оборудовании. Если сапфир представляет собой полярную плоскость (плоскость C) в нормальном направлении грани, то это неполярная поверхность. Как правило, качество сапфирового кристалла с А-ориентацией лучше, чем у сапфирового кристалла с C-ориентацией, с меньшим количеством дислокаций, меньшей мозаичной структурой и более полной кристаллической структурой, поэтому он имеет лучшие характеристики светопропускания. В то же время за счет режима связи атомов Al-O-Al-O в плоскости а твердость и износостойкость А-ориентированного сапфира значительно выше, чем у С-ориентированного сапфира. Поэтому в качестве оконных материалов чаще всего используются чипы А-направления; Кроме того, сапфир А также обладает однородной диэлектрической проницаемостью и высокими изоляционными свойствами, поэтому его можно применять в технологии гибридной микроэлектроники, а также для выращивания превосходных проводников, таких как использование TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, роста Получение гетерогенных эпитаксиальных сверхпроводящих пленок на композитной подложке из оксида церия (CeO2) и сапфира. Однако из-за большой энергии связи Al-O его труднее обрабатывать.
ПрименениеПлоская сапфировая пластина R/M
R-плоскость — это неполярная поверхность сапфира, поэтому изменение положения R-плоскости в сапфировом устройстве придает ему различные механические, термические, электрические и оптические свойства. В общем, сапфировая подложка 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 использоваться для R- тип субстратного роста. В настоящее время, с ростом популярности смартфонов и планшетных компьютеров, сапфировая подложка R-face заменила существующие составные устройства SAW, используемые для смартфонов и планшетных компьютеров, предоставив подложку для устройств, которые могут повысить производительность.
Если есть нарушение, контакт удалить.
Время публикации: 16 июля 2024 г.