Kuinka paljon tiedät safiirista?

Safiirikidekasvatetaan korkeasta puhtaasta alumiinioksidijauheesta, jonka puhtaus on yli 99,995%. Se on suurin kysyntäalue korkealle alumiinioksidille. Sillä on korkea lujuus, korkea kovuus ja vakaat kemialliset ominaisuudet. Se voi toimia ankarissa ympäristöissä, kuten korkea lämpötila, korroosio ja vaikutus. Sitä käytetään laajasti puolustus- ja siviilitekniikassa, mikroelektroniikkatekniikassa ja muissa aloissa.

Korkeasta alumiinioksidijauheesta safiirikiteeseen

Sapphiren keskeiset sovellukset

LED -substraatti on suurin safiirin sovellus. LED: n levitys valaistuksessa on kolmas vallankumous loistevalaisimien ja energiansäästövalaisimien jälkeen. LED: n periaatteena on muuntaa sähköenergia kevyeksi energiaksi. Kun virta kulkee puolijohteen läpi, reikät ja elektronit yhdistyvät ja ylimääräinen energia vapautuu kevyenä energiana, mikä lopulta tuottaa valaisevan valaistuksen vaikutuksen.LED -sirutekniikkaperustuuepitaksiaaliset kiekot. Substraattiin kerrostettujen kaasumaisten materiaalien kerrosten kautta substraattimateriaalit sisältävät pääasiassa piitalusta,piiharbidi -substraattija safiiri -substraatti. Niiden joukossa safiiri -substraatilla on ilmeisiä etuja kahteen muuhun substraattimenetelmään nähden. Safiirisubstraatin edut heijastuvat pääasiassa laitteen stabiilisuuteen, kypsään valmistustekniikkaan, näkyvän valon imeytymiseen, hyvän valon läpäisyyn ja kohtalaiseen hintaan. Tietojen mukaan 80% maailman LED -yrityksistä käyttää safiiria substraattimateriaalina.

Edellä mainitun kentän lisäksi safiirikiteitä voidaan käyttää myös matkapuhelinten näytöillä, lääketieteellisillä laitteilla, korujen sisustamisella ja muilla pelloilla. Lisäksi niitä voidaan käyttää myös ikkunamateriaaleina erilaisille tieteellisille havaitsemisvälineille, kuten linsseille ja prismille.

Safiirikiteiden valmistus

Vuonna 1964 Poladino, AE ja Rotter, BD käytti tätä menetelmää ensin safiirikiteiden kasvuun. Toistaiseksi on tuotettu suuri määrä korkealaatuisia safiirikiteitä. Periaate on: Ensinnäkin raaka -aineet lämmitetään sulatuspisteeseen sulan muodostamiseksi, ja sitten sulan pinnan kosketukseen käytetään yhtä kidekiteistä (ts. Siemenkiteitä). Lämpötilaeron takia siemenkiteen ja sulan välinen kiinteä-nesteen rajapinta on jäähdytetty, joten sula alkaa kiinteyttää siemenkiteen pinnalla ja alkaa kasvattaa yhtä kideä samalla kiderakenteella kuinsiemenkristalli. Samanaikaisesti siemenkristalli vedetään hitaasti ylöspäin ja pyöritetään tietyllä nopeudella. Kun siemenkite vedetään, sulat jähmettyy vähitellen kiinteän ja nesteen rajapinnalla ja sitten muodostuu yksi kide. Tämä on menetelmä, jolla kasvatetaan kiteitä sulasta vetämällä siemenkiteitä, jotka voivat valmistaa sulamasta korkealaatuisia yksikiteitä. Se on yksi yleisesti käytetyistä kiteiden kasvumenetelmistä.

Czochralski -menetelmän käytön edut kiteiden kasvattamiseen ovat:

(1) kasvunopeus on nopea, ja korkealaatuisia yksittäisiä kiteitä voidaan kasvattaa lyhyessä ajassa; 

(2) Kite kasvaa sulan pinnalla eikä kosketa upokkaan seinämään, mikä voi tehokkaasti vähentää kidekiteen sisäistä jännitystä ja parantaa kiteiden laatua. 

Tämän kasvatuskiteiden tärkein haitta on kuitenkin se, että kasvatettavan kideen halkaisija on pieni, mikä ei edistä suurikokoisten kiteiden kasvua.

Kyropoulos -menetelmä safiirikiteiden kasvattamiseksi

Kyropoulos -menetelmää, jonka Kyropouls keksi vuonna 1926, viitataan KY -menetelmänä. Sen periaate on samanlainen kuin Czochralski -menetelmän, ts. Siemenkite tuodaan kosketukseen sulan pinnan kanssa ja vedetään sitten hitaasti ylöspäin. Kun siemenkite on vedetty ylöspäin tietyn ajanjakson ajan kidekaulan muodostamiseksi, siemenkiteitä ei enää vedetä ylös tai pyöriä sulan ja siemenkiteen välisen rajapinnan jähmettymisnopeuden jälkeen. Yksi kide jähmettyy vähitellen ylhäältä alas säätämällä jäähdytysnopeutta ja lopulta ayksi kristallion muodostettu.

Kibbling-prosessin tuottamilla tuotteilla on korkealaatuiset, alhaisen vian tiheyden, suuren koon ja paremman kustannustehokkuuden ominaisuudet.

Safiirikristallin kasvu ohjatulla muottimenetelmällä

Erityisenä kristallikasvutekniikkana, opastettua muottimenetelmää käytetään seuraavassa periaatteessa: asettamalla korkea sulamispiste muottiin, sulat imetään muottiin muotin kapillaarivaikutuksella, jotta saadaan kosketus siemenkiteellä ja yksi kide voidaan muodostaa siemenkiteiden vetämisen ja jatkuvan jähmettymisen aikana. Samanaikaisesti muotin reunan koolla ja muodossa on tiettyjä rajoituksia kidekokoon. Siksi tällä menetelmällä on tiettyjä rajoituksia hakemusprosessissa, ja sitä sovelletaan vain erityismuotoisiin safiirikiteisiin, kuten putkimaiseen ja U-muotoiseen.

Safiirikiteiden kasvu lämmönvaihtomenetelmällä

Fred Schmid ja Dennis keksivät lämmönvaihtomenetelmän suuren koon safiirikiteiden valmistelemiseksi vuonna 1967. Lämmönvaihtomenetelmällä on hyvä lämpöeristysvaikutus, se voi itsenäisesti hallita sulan ja kiteen lämpötilagradientia, sillä on hyvä hallittavuus, ja se on helpompi kasvattaa safiirikiteitä alhaisella siirtymisellä ja suurella koolla.

Lämmönvaihtomenetelmän käytön etuna safiirikiteiden kasvattamiseen on, että upokas, kide ja lämmitin eivät liiku kidekasvun aikana, eliminoimalla Kyvo -menetelmän ja vetomenetelmän venytysvaikutus vähentämällä ihmisen häiriötekijöitä ja välttäen siten mekaanisen liikkeen aiheuttamia kidealoja; Samanaikaisesti jäähdytysnopeutta voidaan hallita kiteiden lämpöjännityksen ja tuloksena olevien kidesärkyjen ja dislokaatiovaurioiden vähentämiseksi ja voi kasvattaa suurempia kiteitä. Se on helpompi toimia ja sillä on hyvät kehitysnäkymät.

Viitilähteet:

[1] Zhu Zhenfeng. Pintamorfologian ja safiirikiteiden halkeaman vaurioiden tutkimus timanttilankaisan avulla viipaloivat viipalointia

[2] Chang Hui. Sovellustutkimus suurikokoisesta safiirikristallikasvutekniikasta

[3] Zhang Xueping. Safiirikristallin kasvun tutkimus ja LED -sovellus

[4] Liu Jie. Yleiskatsaus safiirikiteiden valmistusmenetelmistä ja ominaisuuksista