האם יש הבדלים גם ביישום של פרוסות ספיר עם כיווני גביש שונים?

ספיר הוא גביש יחיד של אלומינה, שייך למערכת הגבישים המשולשת, מבנה משושה, מבנה הגביש שלו מורכב משלושה אטומי חמצן ושני אטומי אלומיניום בסוג קשר קוולנטי, מסודרים בצמוד מאוד, עם אנרגיית שרשרת וסריג קשרים חזקים, בעוד שלו. פנים קריסטל כמעט ללא זיהומים או פגמים, ולכן יש לו בידוד חשמלי מעולה, שקיפות, תרמית טובה מאפייני מוליכות וקשיחות גבוהה. בשימוש נרחב כחלון אופטי וחומרי מצע בעלי ביצועים גבוהים. עם זאת, המבנה המולקולרי של ספיר מורכב ויש אנזוטרופיה, וההשפעה על המאפיינים הפיזיקליים התואמים שונה מאוד גם עבור עיבוד ושימוש בכיווני גביש שונים, כך שגם השימוש שונה. באופן כללי, מצעי ספיר זמינים בכיווני מישור C, R, A ו-M.

היישום שלפרוסת ספיר במטוס C

גליום ניטריד (GaN) כמוליך למחצה מדור שלישי רחב בפס רחב, בעל פער פס ישיר רחב, קשר אטומי חזק, מוליכות תרמית גבוהה, יציבות כימית טובה (כמעט לא נאכלת על ידי חומצה כלשהי) ויכולת חזקה נגד קרינה, ויש לו סיכויים רחבים בתחום היישום של אופטואלקטרוניקה, התקני טמפרטורה והספק גבוהים והתקני מיקרוגל בתדר גבוה. עם זאת, בשל נקודת ההיתוך הגבוהה של GaN, קשה להשיג חומרים חד-גבישיים בגודל גדול, ולכן הדרך הנפוצה היא לבצע גידול הטרופיטקסיות על מצעים אחרים, שיש להם דרישות גבוהות יותר לחומרי מצע.

בהשוואה למצע ספירעם פנים גבישים אחרים, קצב חוסר ההתאמה הקבוע של הסריג בין פרוסת הספיר במישור C (<0001> כיוון) לבין הסרטים המופקדים בקבוצות Ⅲ-Ⅴ וⅡ-Ⅵ (כגון GaN) קטן יחסית, ואי ההתאמה הקבועה של הסריג. שיעור בין השניים ל-סרטי AlNשיכולה לשמש כשכבת חיץ קטנה עוד יותר, והיא עומדת בדרישות של עמידות בטמפרטורה גבוהה בתהליך התגבשות GaN. לכן, זהו חומר מצע נפוץ לצמיחת GaN, שניתן להשתמש בו לייצור לדים לבנים/כחולים/ירוקים, דיודות לייזר, גלאי אינפרא אדום וכן הלאה.

ראוי להזכיר שסרט ה-GaN שגדל על מצע ספיר במישור C גדל לאורך הציר הקוטבי שלו, כלומר כיוון ציר ה-C, שהוא לא רק תהליך גדילה בוגר ותהליך אפיטקסי, עלות נמוכה יחסית, פיזיקלי יציב. ותכונות כימיות, אך גם ביצועי עיבוד טובים יותר. האטומים של פרוסת ספיר בכיוון C קשורים בסידור O-al-al-o-al-O, בעוד שגבישי ספיר בכיוון M ו-A קשורים ב-al-O-al-O. מכיוון שלאל-אל יש אנרגיית קישור נמוכה יותר וקשירה חלשה יותר מאל-O, בהשוואה לגבישי ספיר בכיוון M ו-A, העיבוד של C-sapphire נועד בעיקר לפתוח את מפתח Al-Al, שקל יותר לעבד אותו. , ויכול להשיג איכות פני שטח גבוהה יותר, ולאחר מכן להשיג איכות אפיטקסיאלית של גליום ניטריד טובה יותר, שיכולה לשפר את האיכות של LED לבן/כחול בהירות גבוהה במיוחד. מצד שני, לסרטים הגדלים לאורך ציר ה-C יש השפעות קיטוב ספונטניות ופיזואלקטריות, וכתוצאה מכך נוצר שדה חשמלי פנימי חזק בתוך הסרטים (אקטיבי שכבה quantum Wells), מה שמפחית מאוד את יעילות האור של סרטי GaN.

רקיק ספיר A-מטוסבַּקָשָׁה

בגלל הביצועים המקיפים המצוינים שלו, במיוחד העברת השידור המצוינת, גביש ספיר יחיד יכול לשפר את אפקט החדירה של אינפרא אדום, ולהפוך לחומר אידיאלי לחלון אמצע אינפרא אדום, אשר נעשה בו שימוש נרחב בציוד פוטואלקטרי צבאי. כאשר ספיר הוא מישור קוטבי (מישור C) בכיוון הרגיל של הפנים, הוא משטח לא קוטבי. באופן כללי, האיכות של גביש ספיר בכיוון A טובה יותר מזו של גביש בכיוון C, עם פחות נקע, פחות מבנה פסיפס ומבנה גביש שלם יותר, כך שיש לו ביצועי העברת אור טובים יותר. יחד עם זאת, בשל מצב החיבור האטומי Al-O-Al-O במישור a, הקשיות ועמידות הבלאי של ספיר בכיוון A גבוהים משמעותית מזה של ספיר בכיוון C. לכן, שבבים בכיוון A משמשים בעיקר כחומרי חלונות; בנוסף, לספיר יש גם קבוע דיאלקטרי אחיד ותכונות בידוד גבוהות, כך שניתן ליישם אותו בטכנולוגיית מיקרו-אלקטרוניקה היברידית, אך גם לצמיחה של מוליכים מעולים, כגון שימוש ב-TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212, הגידול של סרטים מוליכים אפיטקסיאליים הטרוגניים על ספיר תחמוצת צריום (CeO2) מצע מרוכב. עם זאת, גם בגלל אנרגיית הקשר הגדולה של Al-O, קשה יותר לעבד אותה.

יישום שלפרוסת ספיר מטוס R/M

מישור ה-R הוא המשטח הלא קוטבי של ספיר, ולכן השינוי במיקום מישור ה-R במכשיר ספיר מקנה לו תכונות מכניות, תרמיות, חשמליות ואופטיות שונות. באופן כללי, מצע ספיר משטח R מועדף עבור שקיעה הטרופיטקסיאלית של סיליקון, בעיקר עבור יישומי מעגלים משולבים מוליכים למחצה, מיקרוגל ומיקרו-אלקטרוניקה, בייצור עופרת, רכיבים מוליכים אחרים אחרים, נגדים עם התנגדות גבוהה, גליום ארסניד יכולים לשמש גם עבור R- סוג גידול מצע. נכון לעכשיו, עם הפופולריות של טלפונים חכמים ומערכות מחשב טאבלט, מצע ספיר R-face החליף את מכשירי ה-SAW הקיימים המשמשים לטלפונים חכמים ומחשבי טאבלט, ומספקים מצע להתקנים שיכולים לשפר את הביצועים.

אם יש הפרה, צור קשר מחק