Lo zaffiro è un monocristallo di allumina, appartiene al sistema cristallino tripartito, ha una struttura esagonale e la sua struttura cristallina è composta da tre atomi di ossigeno e due atomi di alluminio con legame covalente, disposti molto vicini tra loro, con una forte catena di legame e un'energia reticolare elevata. L'interno del cristallo è praticamente privo di impurità o difetti, il che lo rende dotato di eccellenti caratteristiche di isolamento elettrico, trasparenza, buona conduttività termica ed elevata rigidità. È ampiamente utilizzato come finestra ottica e come materiale di substrato ad alte prestazioni. Tuttavia, la struttura molecolare dello zaffiro è complessa e presenta anisotropia, e l'impatto sulle proprietà fisiche corrispondenti è molto diverso a seconda della lavorazione e dell'utilizzo delle diverse direzioni cristalline, quindi anche l'utilizzo è diverso. In generale, i substrati di zaffiro sono disponibili nei piani C, R, A e M.
L'applicazione diWafer di zaffiro del piano C
Il nitruro di gallio (GaN), semiconduttore di terza generazione ad ampio bandgap, presenta un ampio bandgap diretto, un forte legame atomico, un'elevata conduttività termica, una buona stabilità chimica (non viene praticamente corroso da alcun acido) e una forte capacità anti-irradiazione, e ha ampie prospettive di applicazione in optoelettronica, dispositivi ad alta temperatura e potenza e dispositivi a microonde ad alta frequenza. Tuttavia, a causa dell'elevato punto di fusione del GaN, è difficile ottenere materiali monocristallini di grandi dimensioni, quindi il metodo più comune è quello di effettuare la crescita eteroepitassica su altri substrati, che richiede requisiti più elevati per i materiali del substrato.
Rispetto alsubstrato di zaffirocon altre facce di cristallo, il tasso di disallineamento della costante reticolare tra il wafer di zaffiro del piano C (orientamento <0001>) e i film depositati nei gruppi Ⅲ-Ⅴ e Ⅱ-Ⅵ (come il GaN) è relativamente piccolo, e il tasso di disallineamento della costante reticolare tra i due e ilFilm AlNLo strato tampone che può essere utilizzato è ancora più piccolo e soddisfa i requisiti di resistenza alle alte temperature nel processo di cristallizzazione del GaN. Pertanto, è un materiale di substrato comune per la crescita del GaN, che può essere utilizzato per realizzare LED bianchi/blu/verdi, diodi laser, rilevatori a infrarossi e così via.
Vale la pena ricordare che il film di GaN cresciuto sul substrato di zaffiro del piano C cresce lungo il suo asse polare, ovvero la direzione dell'asse C, che non solo garantisce un processo di crescita maturo e un processo di epitassia, costi relativamente bassi, proprietà fisiche e chimiche stabili, ma anche migliori prestazioni di lavorazione. Gli atomi del wafer di zaffiro orientato al C sono legati in una disposizione O-al-al-o-al-O, mentre i cristalli di zaffiro orientati al M e all'A sono legati in una disposizione al-O-al-O. Poiché l'Al-Al ha un'energia di legame inferiore e un legame più debole rispetto all'Al-O, rispetto ai cristalli di zaffiro orientati al M e all'A, la lavorazione dello zaffiro al C serve principalmente ad aprire la chiave Al-Al, che è più facile da lavorare e può ottenere una qualità superficiale superiore, e quindi ottenere una migliore qualità epitassiale del nitruro di gallio, che può migliorare la qualità dei LED bianchi/blu ad altissima luminosità. D'altro canto, i film cresciuti lungo l'asse C presentano effetti di polarizzazione spontanei e piezoelettrici, che generano un forte campo elettrico interno ai film (pozzi quantici dello strato attivo), il che riduce notevolmente l'efficienza luminosa dei film di GaN.
Wafer di zaffiro del piano Aapplicazione
Grazie alle sue eccellenti prestazioni complessive, in particolare all'eccellente trasmittanza, il monocristallo di zaffiro può migliorare l'effetto di penetrazione dell'infrarosso e diventare un materiale ideale per finestre a infrarossi medi, ampiamente utilizzato nelle apparecchiature fotoelettriche militari. Dove lo zaffiro A è un piano polare (piano C) nella direzione normale della superficie, è una superficie non polare. Generalmente, la qualità del cristallo di zaffiro orientato A è migliore di quella del cristallo orientato C, con meno dislocazioni, meno struttura a mosaico e una struttura cristallina più completa, quindi ha migliori prestazioni di trasmissione della luce. Allo stesso tempo, grazie alla modalità di legame atomico Al-O-Al-O sul piano a, la durezza e la resistenza all'usura dello zaffiro orientato A sono significativamente superiori a quelle dello zaffiro orientato C. Pertanto, i chip direzionali A sono principalmente utilizzati come materiali per finestre; Inoltre, lo zaffiro A presenta una costante dielettrica uniforme e elevate proprietà isolanti, che lo rendono adatto alla tecnologia microelettronica ibrida, ma anche per la crescita di eccellenti conduttori, come l'uso di TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, e per la crescita di film superconduttori epitassiali eterogenei su substrato composito di zaffiro in ossido di cerio (CeO₂). Tuttavia, anche a causa dell'elevata energia di legame di Al-O, è più difficile da processare.
Applicazione diWafer in zaffiro piano R/M
Il piano R è la superficie non polare di uno zaffiro, quindi la variazione della posizione del piano R in un dispositivo in zaffiro gli conferisce diverse proprietà meccaniche, termiche, elettriche e ottiche. In generale, il substrato in zaffiro con superficie R è preferito per la deposizione eteroepitassiale di silicio, principalmente per applicazioni in semiconduttori, microonde e circuiti integrati microelettronici. Nella produzione di piombo, altri componenti superconduttori, resistori ad alta resistenza; l'arseniuro di gallio può essere utilizzato anche per la crescita del substrato di tipo R. Attualmente, con la diffusione di smartphone e tablet, il substrato in zaffiro con superficie R ha sostituito i dispositivi SAW composti esistenti utilizzati per smartphone e tablet, fornendo un substrato per dispositivi in grado di migliorarne le prestazioni.
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Data di pubblicazione: 16/07/2024