La Composición del zafiro es óxido de aluminio (Al2O3), Y su estructura cristalina es una estructura de celosía hexaédrica. El plano C es el sustrato de zafiro más comúnmente utilizado. Debido a su banda de penetración óptica amplia, tiene buena transmitancia de luz de casi ultravioleta a infrarrojo medio, por lo que es ampliamente utilizado en componentes ópticos, dispositivos infrarrojos, materiales de lente láser de alta intensidad y materiales de máscara.
En la actualidad, la calidad del brillo ultra alto blanco y azul LED depende de la calidad del material de GaN, y la calidad de GaN está estrechamente relacionada con la calidad de procesamiento de la superficie del sustrato de zafiro utilizado.
Recientemente, el mercado ha cambiado de un solo cristal de zafiro de 2 pulgadas a 4 pulgadas, 6 pulgadas y 8 pulgadas. El rápido desarrollo del mercado de LED requiere el crecimiento de cristales de zafiro de gran tamaño, alta calidad y rendimiento estable, lo que plantea mayores requisitos para la tecnología de crecimiento de zafiro. Sin embargo, en el proceso de crecimiento del cristal único de zafiro, a menudo hay algunos defectos que afectan significativamente el rendimiento del zafiro, como grietas de cristal, dislocaciones, impurezas y centros de color, burbujas de aire, etc.
A continuación nos centramos en dos tipos de defectos de cristal de zafiro.
Durante el proceso de crecimiento, la generación de varias tensiones dentro del cristal causará tensión. Cuando la tensión es mayor que el límite elástico del cristal en sí, el cristal se agrietará. El estrés en el cristal incluye principalmente los siguientes tres tipos:
(1) Estrés térmico: el estrés térmico es un tipo de estrés interno causado por el calentamiento desigual del cristal y la diferencia de temperatura, lo que resulta en una deformación inconsistente de la expansión o contracción del cristal, y la restricción mutua entre las diversas partes del cristal. Entonces, mientras haya un gradiente de temperatura dentro del cristal, habrá estrés térmico.
(2) Estrés químico: causado por la distribución desigual de varios componentes en el cristal.
(3) Estrés mecánico: causado por la vibración mecánica durante el crecimiento del cristal.
Durante el crecimiento del cristal único de zafiro, el estrés térmico es la forma más importante de todo el estrés. Las principales razones para el estrés térmico excesivo en el cristal incluyen los siguientes aspectos:
A. La tasa de crecimiento es demasiado rápida.
B. El campo de temperatura no es razonable y el gradiente de temperatura es demasiado grande.
C. La velocidad de enfriamiento es demasiado rápida.
D. Orientación de cristal.
E. Tamaño de cristal.
Estrés leve
Estrés medio
La dislocación es un defecto de celosía con una estructura especial. El cristal real se somete a la acción del entorno externo o a diversas tensiones internas durante la cristalización, y la disposición de las partículas dentro del cristal se deforma y ya no se ordena en un estado de red ideal, lo que resulta en un defecto lineal en el cristal llamado dislocación.
Las causas de las dislocaciones en los cristales de zafiro incluyen principalmente los siguientes tres aspectos:
A. Dislocaciones primarias: si hay dislocaciones en el cristal semilla seleccionado, se pueden extender a nuevos cristales a través del crecimiento. Las dislocaciones en el cristal semilla incluyen dislocaciones inherentes al cristal semilla, dislocaciones generadas por un estrés excesivo durante el procesamiento y dislocaciones generadas por choque térmico durante la siembra.
B. Se generan dislocaciones durante el crecimiento del cristal. Sus principales fuentes son:
(1) Los gradientes de temperatura axial y radial del cristal cerca de la interfaz generan tensión térmica, los cuales superan el valor crítico.
(2) Cambios en las constantes de celosía causados por la segregación de componentes: debido a la presencia de átomos de impureza en la masa fundida, los cristales se solidificarán sucesivamente durante el proceso de solidificación, dando como resultado diferencias en la composición y posible formación de dislocaciones.
(3) Los defectos puntuales (vacantes e intersticiales) causan concentración de estrés local.
(4)La influencia de la vibración mecánica hace que el cristal se desvíe o se doble, y se produce una diferencia de fase entre los bloques de cristal adyacentes, formando así dislocaciones.
La concentración de estrés es propensa a ocurrir en las proximidades de interfaces como gemelos y límites de granos dentro del cristal y cerca de microgrietas. Si la tensión excede la tensión de deslizamiento, cuando el cristal se desliza en esta área, se producirán dislocaciones en esta área.
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