Safiiri on alumiinioksidin yksikide, joka kuuluu kolmiosaiseen kidejärjestelmään, kuusikulmaiseen rakenteeseen. Sen kiderakenne koostuu kolmesta happiatomista ja kahdesta alumiiniatomista kovalenttisessa sidoksessa, jotka ovat hyvin tiiviisti järjestettyinä. Niillä on vahva sidosketju ja hilaenergia. Kiteen sisäosissa ei ole juurikaan epäpuhtauksia tai vikoja, joten sillä on erinomaiset sähköneristysominaisuudet, läpinäkyvyys, hyvä lämmönjohtavuus ja korkea jäykkyys. Sitä käytetään laajalti optisten ikkunoiden ja korkean suorituskyvyn omaavien substraattimateriaalien valmistuksessa. Safiirin molekyylirakenne on kuitenkin monimutkainen ja siinä on anisotropiaa, ja vaikutus vastaaviin fysikaalisiin ominaisuuksiin on hyvin erilainen eri kidesuuntien käsittelyssä ja käytössä, joten myös käyttö on erilaista. Yleisesti ottaen safiirisubstraatteja on saatavilla C-, R-, A- ja M-tasoissa.
SoveltaminenC-tason safiirikiekko
Galliumnitridi (GaN) on kolmannen sukupolven puolijohde, jolla on laaja energiaväli, ja jolla on laaja suora energiaväli, vahva atomisidos, korkea lämmönjohtavuus, hyvä kemiallinen stabiilius (lähes ei syövytä happoja) ja vahva säteilynkestävyys. Sillä on laajat mahdollisuudet optoelektroniikan, korkean lämpötilan ja tehon laitteiden sekä korkeataajuisten mikroaaltolaitteiden sovelluksissa. GaN:n korkean sulamispisteen vuoksi suurikokoisten yksikiteisten materiaalien saaminen on kuitenkin vaikeaa, joten yleinen tapa on suorittaa heteroepitaksiaalinen kasvatus muille alustoille, mikä asettaa alusmateriaaleille korkeammat vaatimukset.
Verrattunasafiirialustamuiden kidepintojen kanssa C-tason (<0001>-orientaatio) safiirikiekon ja ryhmiin Ⅲ-Ⅴ ja Ⅱ-Ⅵ (kuten GaN) kerrostettujen kalvojen välinen hilavakion epäsuhtasuhde on suhteellisen pieni, ja näiden kahden välinen hilavakion epäsuhtasuhde onAlN-kalvotPuskurikerroksena käytettävä materiaali on vielä pienempi ja täyttää GaN:n kiteytysprosessin korkean lämpötilankeston vaatimukset. Siksi se on yleinen GaN:n kasvualustamateriaali, jota voidaan käyttää valkoisten/sinisten/vihreiden ledien, laserdiodien, infrapunailmaisimien ja niin edelleen valmistukseen.
On syytä mainita, että C-tasoiselle safiirisubstraatille kasvatettu GaN-kalvo kasvaa napa-akselinsa eli C-akselin suunnassa. Tämä ei ole ainoastaan kypsä kasvuprosessi ja epitaksiprosessi, suhteellisen alhaiset kustannukset, vakaat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, vaan myös parempi prosessointikyky. C-suuntaisen safiirikiekon atomit ovat sitoutuneet O-al-al-o-al-O-rakenteeseen, kun taas M- ja A-suuntautuneet safiirikiteet ovat sitoutuneet al-O-al-O-rakenteeseen. Koska Al-Al:lla on alhaisempi sidosenergia ja heikompi sidos kuin Al-O:lla verrattuna M- ja A-suuntautuneisiin safiirkiteisiin, C-safiirin prosessointi tapahtuu pääasiassa Al-Al-avaimen avaamiseksi, mikä on helpompaa käsitellä ja voi saavuttaa paremman pinnanlaadun ja siten paremman galliumnitridin epitaksiaalisen laadun, mikä voi parantaa erittäin kirkkaiden valkoisten/sinisten LEDien laatua. Toisaalta C-akselin suuntaisesti kasvatetuilla kalvoilla on spontaaneja ja pietsosähköisiä polarisaatiovaikutuksia, jotka johtavat voimakkaaseen sisäiseen sähkökenttään kalvojen sisällä (aktiivisen kerroksen kvanttikaivot), mikä vähentää huomattavasti GaN-kalvojen valotehokkuutta.
A-tason safiirikiekkohakemus
Erinomaisen kokonaisvaltaisen suorituskykynsä, erityisesti erinomaisen läpäisykykynsä, ansiosta safiirin yksikide voi parantaa infrapunasäteilyn läpäisykykyä ja siitä tulee ihanteellinen keski-infrapunaikkunamateriaali, jota on käytetty laajalti sotilasvalosähköisissä laitteissa. A-safiiri on polaarisessa tasossa (C-tasossa) normaalin pinnan suunnassa, joten sen pinta on ei-polaarinen. Yleisesti ottaen A-suuntautuneen safiirikiteen laatu on parempi kuin C-suuntautuneella kristallilla, sillä siinä on vähemmän dislokaatiota, vähemmän mosaiikkirakennetta ja täydellisempi kiderakenne, joten sillä on parempi valonläpäisykyky. Samalla A-suuntautuneen safiirin kovuus ja kulutuskestävyys ovat huomattavasti korkeammat kuin C-suuntautuneen safiirin Al-O-Al-O-atomisidostilan ansiosta a-tasolla. Siksi A-suuntautuneita siruja käytetään enimmäkseen ikkunamateriaaleina; Lisäksi A-safiirillä on tasainen dielektrisyysvakio ja korkeat eristysominaisuudet, joten sitä voidaan soveltaa hybridi-mikroelektroniikkateknologiassa, mutta myös erinomaisten johtimien kasvattamiseen, kuten TlBaCaCuO:n (TbBaCaCuO) ja Tl-2212:n käyttöön, heterogeenisten epitaksiaalisten suprajohtavien kalvojen kasvattamiseen ceriumoksidista (CeO2) valmistetulle safiirikomposiittialustalle. Al-O:n suuren sidosenergian vuoksi sitä on kuitenkin vaikeampi käsitellä.
SoveltaminenR /M-tasoinen safiirikiekko
R-taso on safiirin ei-polaarinen pinta, joten R-tason sijainnin muutos safiirissa antaa sille erilaisia mekaanisia, termisiä, sähköisiä ja optisia ominaisuuksia. Yleisesti ottaen R-pintainen safiirisubstraatti on edullinen piin heteroepitaksiaaliseen laskeutumiseen, pääasiassa puolijohde-, mikroaalto- ja mikroelektroniikan integroitujen piirien sovelluksissa, lyijyn ja muiden suprajohtavien komponenttien sekä suuren resistanssin vastusten tuotannossa. Galliumarsenidia voidaan käyttää myös R-tyypin substraatin kasvatukseen. Tällä hetkellä älypuhelinten ja tablettitietokonejärjestelmien suosion myötä R-pintainen safiirisubstraatti on korvannut älypuhelimissa ja tablettitietokoneissa käytetyt yhdiste-SAW-laitteet ja tarjonnut substraatin laitteille, jotka voivat parantaa suorituskykyä.
Jos rikkomusta ilmenee, ota yhteyttä poistoon
Julkaisuaika: 16.7.2024