A composição da safira é óxido de alumínio (Al2O3), E sua estrutura cristalina é uma estrutura de rede hexaédrica. C-plano é o substrato de safira mais comumente usado. Devido à sua ampla banda de penetração óptica, tem boa transmitância de luz de quase ultravioleta a infravermelho médio, por isso é amplamente utilizado em componentes ópticos, dispositivos infravermelhos, materiais de lente laser de alta intensidade e materiais de máscara.
Atualmente, a qualidade do LED branco e azul de brilho ultra-alto depende da qualidade do material de GaN, e a qualidade do GaN está intimamente relacionada à qualidade de processamento de superfície do substrato de safira usado.
Recentemente, o mercado mudou de cristal único de safira de 2 polegadas para 4 polegadas, 6 polegadas e 8 polegadas. O rápido desenvolvimento do mercado de LED requer o crescimento de cristais de safira de grande tamanho, alta qualidade e desempenho estável, que apresenta requisitos mais elevados para a tecnologia de crescimento de safira. No entanto, no processo de crescimento de cristal único de safira, muitas vezes existem alguns defeitos que afetam significativamente o desempenho da safira, como rachaduras de cristal, luxações, impurezas e centros de cor, bolhas de ar, etc.
Abaixo nos concentramos em dois tipos de defeitos de cristal de safira.
Durante o processo de crescimento, a geração de várias tensões dentro do cristal causará tensão. Quando a tensão é maior que o limite elástico do próprio cristal, o cristal rachará. O estresse no cristal inclui principalmente os seguintes três tipos:
(1) Estresse térmico: O estresse térmico é um tipo de estresse interno causado pelo aquecimento desigual do cristal e a diferença de temperatura, resultando em expansão inconsistente ou deformação de contração do cristal, e contenção mútua entre as várias partes do cristal. Portanto, enquanto houver um gradiente de temperatura dentro do cristal, haverá estresse térmico.
(2) Estresse químico: causado pela distribuição desigual de vários componentes no cristal.
(3) estresse mecânico: causado por vibração mecânica durante o crescimento de cristal.
Durante o crescimento do único cristal de safira, o estresse térmico é a forma mais importante de todo o estresse. As principais razões para o estresse térmico excessivo no cristal incluem os seguintes aspectos:
A. A taxa de crescimento é muito rápida.
B. O campo de temperatura não é razoável e o gradiente de temperatura é muito grande.
C. A taxa de resfriamento é muito rápida.
D. Orientação de cristal.
E. Tamanho de cristal.
Ligeiro estresse
Estresse médio
A luxação é um defeito de rede com uma estrutura especial. O cristal real é submetido à ação do ambiente externo ou várias tensões internas durante a cristalização, e o arranjo das partículas dentro do cristal é deformado e não é mais ordenado em um estado de rede ideal, resultando em um defeito linear no cristal chamado deslocamento.
As causas de luxações em cristais de safira incluem principalmente os seguintes três aspectos:
A. Luxações primárias: Se houver deslocamentos no cristal de semente selecionado, eles podem ser estendidos em novos cristais por meio do crescimento. Os deslocamentos no cristal de semente incluem deslocamentos inerentes ao cristal de semente, deslocamentos gerados por estresse excessivo durante o processamento e deslocamentos gerados por choque térmico durante a semeadura.
B. As deslocações são geradas durante o crescimento do cristal. Suas principais fontes são:
(1) Os gradientes de temperatura axial e radial do cristal perto da interface geram tensão térmica, ambos excedendo o valor crítico.
(2) Mudanças nas constantes da rede causadas pela segregação do componente: devido à presença de átomos de impureza no fundido, os cristais se solidificarão sucessivamente durante o processo de solidificação, resultando em diferenças na composição e possível formação de deslocamentos.
(3) Defeitos pontuais (vagas e intersticiais) causam concentração de estresse local.
(4)A influência da vibração mecânica faz com que o cristal se desvie ou dobre, e ocorre uma diferença de fase entre os blocos de cristal adjacentes, formando assim deslocamentos.
A concentração de estresse é propensa a ocorrer nas proximidades de interfaces, como gêmeos e limites de grãos dentro do cristal e perto de microfissuras. Se a tensão exceder a tensão de deslizamento, quando o cristal escorregar nesta área, ocorrerão deslocamentos nesta área.
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