Kuinka paljon tiedät safiirista?

Safiiri kristallion kasvatettu korkean puhtauden alumiinioksidijauheesta, jonka puhtaus on yli 99,995 %. Se on erittäin puhtaan alumiinioksidin suurin kysyntäalue. Sillä on korkea lujuus, korkea kovuus ja vakaat kemialliset ominaisuudet. Se voi toimia ankarissa ympäristöissä, kuten korkeissa lämpötiloissa, korroosiossa ja iskuissa. Sitä käytetään laajasti puolustus- ja siviiliteknologiassa, mikroelektroniikkatekniikassa ja muilla aloilla.

Erittäin puhtaasta alumiinioksidijauheesta safiirikiteisiin

Safiirin tärkeimmät sovellukset

LED-substraatti on safiirin suurin käyttökohde. LEDin käyttö valaistuksessa on kolmas vallankumous loistelamppujen ja energiansäästölamppujen jälkeen. LEDin periaate on muuttaa sähköenergia valoenergiaksi. Kun virta kulkee puolijohteen läpi, reiät ja elektronit yhdistyvät, ja ylimääräinen energia vapautuu valoenergiana, mikä lopulta tuottaa valovalaistuksen vaikutuksen.LED-sirutekniikkaperustuuepitaksiaaliset kiekot. Alustalle kerrostettujen kaasumaisten materiaalien kautta substraattimateriaalit sisältävät pääasiassa piisubstraattia,piikarbidisubstraattija safiirisubstraatti. Niiden joukossa safiirisubstraatilla on ilmeisiä etuja kahteen muuhun substraattimenetelmään verrattuna. Safiirisubstraatin edut näkyvät pääasiassa laitteen vakaudessa, kypsässä valmistustekniikassa, näkyvän valon imeytymättömyydessä, hyvässä valonläpäisevyydessä ja kohtuullisessa hinnassa. Tietojen mukaan 80 % LED-yrityksistä maailmassa käyttää safiiria substraattimateriaalina.

Edellä mainitun kentän lisäksi safiirikiteitä voidaan käyttää myös matkapuhelinten näytöissä, lääketieteellisissä laitteissa, korujen koristelussa ja muilla aloilla. Lisäksi niitä voidaan käyttää ikkunamateriaaleina erilaisiin tieteellisiin ilmaisuinstrumentteihin, kuten linsseihin ja prismoihin.

Safiirikiteiden valmistus

Vuonna 1964 Poladino, AE ja Rotter, BD käyttivät tätä menetelmää ensimmäisen kerran safiirikiteiden kasvattamiseen. Tähän mennessä on valmistettu suuri määrä korkealaatuisia safiirikiteitä. Periaate on: Ensin raaka-aineet kuumennetaan sulamispisteeseen sulatteen muodostamiseksi, ja sitten käytetään yksikidesiementä (eli siemenkidettä) koskettamaan sulatteen pintaa. Lämpötilaerosta johtuen siemenkiteen ja sulatteen välinen kiinteä-neste-rajapinta alijäähtyy, jolloin sula alkaa jähmettyä siemenkiteen pinnalla ja alkaa kasvattaa yksikiteistä, jolla on sama kiderakenne kuinsiemenkristalli. Samanaikaisesti siemenkidettä vedetään hitaasti ylöspäin ja pyöritetään tietyllä nopeudella. Kun siemenkidettä vedetään, sula kiinteytyy vähitellen kiinteän ja nesteen rajapinnassa, ja sitten muodostuu yksittäinen kide. Tämä on menetelmä kasvattaa kiteitä sulatteesta vetämällä siemenkiteestä, joka voi valmistaa sulatuksesta korkealaatuisia yksittäiskiteitä. Se on yksi yleisesti käytetyistä kiteenkasvatusmenetelmistä.

Czochralski-menetelmän käytön edut kiteiden kasvattamiseen ovat:

(1) kasvunopeus on nopea ja korkealaatuisia yksittäiskiteitä voidaan kasvattaa lyhyessä ajassa; 

(2) kide kasvaa sulatteen pinnalla eikä kosketa upokkaan seinämää, mikä voi tehokkaasti vähentää kiteen sisäistä jännitystä ja parantaa kiteen laatua. 

Tämän kiteiden kasvatusmenetelmän suuri haitta on kuitenkin se, että kasvatettavien kiteiden halkaisija on pieni, mikä ei edistä suurikokoisten kiteiden kasvua.

Kyropoulos-menetelmä safiirikiteiden kasvattamiseen

Kyropouls-menetelmää, jonka Kyropouls keksi vuonna 1926, kutsutaan KY-menetelmäksi. Sen periaate on samanlainen kuin Czochralskin menetelmässä, eli siemenkide saatetaan kosketukseen sulatteen pinnan kanssa ja vedetään sitten hitaasti ylöspäin. Kuitenkin sen jälkeen, kun siemenkidettä on vedetty ylöspäin jonkin aikaa kiteen kaulan muodostamiseksi, siemenkidettä ei enää vedetä ylös tai pyöritetä sen jälkeen, kun sulatteen ja siemenkiteen välisen rajapinnan jähmettymisnopeus on stabiili. Yksikidekide jähmettyy vähitellen ylhäältä alas ohjaamalla jäähdytysnopeutta ja lopuksi ayksi kristallimuodostuu.

Puristusprosessilla valmistetuilla tuotteilla on korkea laatu, pieni virhetiheys, suuri koko ja parempi kustannustehokkuus.

Safiirikiteiden kasvu ohjatulla muottimenetelmällä

Erityisenä kiteenkasvatusteknologiana käytetään ohjattua muottimenetelmää seuraavalla periaatteella: laittamalla korkean sulamispisteen sulaa muottiin, sula imetään muottiin muotin kapillaarivaikutuksella, jolloin saadaan kosketus siemenkiteen kanssa. ja yksikide voi muodostua siemenkiteiden vetämisen ja jatkuvan kiinteytymisen aikana. Samaan aikaan muotin reunan koolla ja muodolla on tiettyjä rajoituksia kidekoon suhteen. Siksi tällä menetelmällä on tiettyjä rajoituksia levitysprosessissa, ja se soveltuu vain erikoismuotoisille safiirikiteille, kuten putkimaisille ja U-muotoisille.

Safiirikiteiden kasvu lämmönvaihtomenetelmällä

Lämmönvaihtomenetelmän suurikokoisten safiirikiteiden valmistamiseksi keksivät Fred Schmid ja Dennis vuonna 1967. Lämmönvaihtomenetelmällä on hyvä lämmöneristysvaikutus, se pystyy itsenäisesti ohjaamaan sulatteen ja kiteen lämpötilagradienttia, sillä on hyvä hallittavuus ja se on helpompi kasvattaa safiirikiteitä, joilla on pieni sijoittuminen ja suuri koko.

Lämmönvaihtomenetelmän etuna safiirikiteiden kasvattamiseen on se, että upokas, kide ja lämmitin eivät liiku kiteen kasvun aikana, mikä eliminoi kyvo-menetelmän ja vetomenetelmän venyvän vaikutuksen, vähentää ihmisen häiritseviä tekijöitä ja siten välttää kiteen muodostumista. mekaanisen liikkeen aiheuttamat viat; Samaan aikaan jäähdytysnopeutta voidaan ohjata kiteen lämpöjännityksen ja siitä aiheutuvien kiteiden halkeilu- ja sijoittumisvirheiden vähentämiseksi, ja se voi kasvattaa suurempia kiteitä. Se on helpompi toimia ja sillä on hyvät kehitysnäkymät.

Viitelähteet:

[1] Zhu Zhenfeng. Tutkimus safiirikiteiden pintamorfologiasta ja halkeamisvaurioista timanttilankasahalla viipaloimalla

[2] Chang Hui. Suurten safiirikiteiden kasvatusteknologian sovellustutkimus

[3] Zhang Xueping. Tutkimus safiirikiteiden kasvusta ja LED-sovelluksesta

[4] Liu Jie. Yleiskatsaus safiirikiteiden valmistusmenetelmiin ja ominaisuuksiin