Hvor meget ved du om safir?

Safir krystaler dyrket af højrent aluminiumoxidpulver med en renhed på mere end 99,995%. Det er det største efterspørgselsområde for højrent aluminiumoxid. Det har fordelene ved høj styrke, høj hårdhed og stabile kemiske egenskaber. Det kan arbejde i barske miljøer såsom høj temperatur, korrosion og stød. Det er meget udbredt inden for forsvar og civil teknologi, mikroelektronikteknologi og andre områder.

Fra højrent aluminiumoxidpulver til safirkrystal

Nøgleapplikationer af safir

LED-substrat er den største anvendelse af safir. Anvendelsen af ​​LED i belysning er den tredje revolution efter lysstofrør og energibesparende lamper. Princippet for LED er at omdanne elektrisk energi til lysenergi. Når strømmen passerer gennem halvlederen, kombineres hullerne og elektronerne, og den overskydende energi frigives som lysenergi, hvilket til sidst producerer effekten af ​​lysende belysning.LED chip teknologier baseret påepitaksiale wafers. Gennem lag af gasformige materialer aflejret på substratet omfatter substratmaterialerne hovedsageligt siliciumsubstrat,siliciumcarbid substratog safirsubstrat. Blandt dem har safirsubstrat åbenlyse fordele i forhold til de to andre substratmetoder. Fordelene ved safirsubstrat afspejles hovedsageligt i enhedsstabilitet, moden forberedelsesteknologi, ikke-absorption af synligt lys, god lystransmission og moderat pris. Ifølge data bruger 80% af LED-virksomheder i verden safir som substratmateriale.

Ud over det ovennævnte felt kan safirkrystaller også bruges i mobiltelefonskærme, medicinsk udstyr, smykkedekoration og andre områder. Derudover kan de også bruges som vinduesmaterialer til forskellige videnskabelige detektionsinstrumenter som linser og prismer.

Fremstilling af safirkrystaller

I 1964 anvendte Poladino, AE og Rotter, BD først denne metode til væksten af ​​safirkrystaller. Indtil videre er der produceret et stort antal safirkrystaller af høj kvalitet. Princippet er: først opvarmes råmaterialerne til smeltepunktet for at danne en smelte, og derefter bruges et enkelt krystalfrø (dvs. frøkrystal) til at komme i kontakt med overfladen af ​​smelten. På grund af temperaturforskellen er faststof-væske-grænsefladen mellem frøkrystallen og smelten superafkølet, så smelten begynder at størkne på overfladen af ​​frøkrystallen og begynder at vokse en enkelt krystal med samme krystalstruktur somfrø krystal. Samtidig trækkes frøkrystallen langsomt opad og roteres med en vis hastighed. Efterhånden som podekrystallen trækkes, størkner smelten gradvist ved faststof-væske-grænsefladen, og derefter dannes en enkelt krystal. Dette er en metode til at dyrke krystaller fra en smelte ved at trække en frøkrystal, som kan fremstille enkeltkrystaller af høj kvalitet fra smelten. Det er en af ​​de almindeligt anvendte krystalvækstmetoder.

Fordelene ved at bruge Czochralski-metoden til at dyrke krystaller er:

(1) væksthastigheden er hurtig, og enkeltkrystaller af høj kvalitet kan dyrkes på kort tid; 

(2) krystallen vokser på overfladen af ​​smelten og kommer ikke i kontakt med digelvæggen, hvilket effektivt kan reducere den indre spænding af krystallen og forbedre krystalkvaliteten. 

En stor ulempe ved denne metode til dyrkning af krystaller er imidlertid, at diameteren af ​​den krystal, der kan dyrkes, er lille, hvilket ikke er befordrende for væksten af ​​store krystaller.

Kyropoulos metode til dyrkning af safirkrystaller

Kyropoulos-metoden, opfundet af Kyropouls i 1926, omtales som KY-metoden. Dens princip svarer til Czochralski-metoden, det vil sige, at frøkrystallen bringes i kontakt med overfladen af ​​smelten og trækkes derefter langsomt opad. Efter at podekrystallen er trukket opad i en periode for at danne en krystalhals, trækkes podekrystallen imidlertid ikke længere op eller roteres efter størkningshastigheden af ​​grænsefladen mellem smelten og podekrystallen er stabil. Enkeltkrystallen størkner gradvist fra top til bund ved at kontrollere afkølingshastigheden og til sidst enenkelt krystaler dannet.

Produkterne fremstillet ved kibling-processen har karakteristika af høj kvalitet, lav defekttæthed, stor størrelse og bedre omkostningseffektivitet.

Safirkrystalvækst ved guidet skimmelmetode

Som en speciel krystalvækstteknologi anvendes den guidede formmetode i følgende princip: ved at placere en smelte med højt smeltepunkt i formen, suges smelten på formen af ​​formens kapillarvirkning for at opnå kontakt med frøkrystallen , og en enkelt krystal kan dannes under podekrystaltrækningen og kontinuerlig størkning. Samtidig har formens kantstørrelse og form visse begrænsninger på krystalstørrelsen. Derfor har denne metode visse begrænsninger i påføringsprocessen og er kun anvendelig til specialformede safirkrystaller såsom rørformede og U-formede.

Safirkrystalvækst ved varmevekslingsmetode

Varmevekslingsmetoden til fremstilling af store safirkrystaller blev opfundet af Fred Schmid og Dennis i 1967. Varmevekslingsmetoden har en god termisk isoleringseffekt, kan uafhængigt styre temperaturgradienten af ​​smelten og krystallen, har god kontrollerbarhed, og er lettere at dyrke safirkrystaller med lav dislokation og stor størrelse.

Fordelen ved at bruge varmevekslingsmetoden til at dyrke safirkrystaller er, at diglen, krystal og varmelegeme ikke bevæger sig under krystalvækst, hvilket eliminerer strækkevirkningen af ​​kyvo-metoden og trækkemetoden, reducerer menneskelige interferensfaktorer og undgår således krystal. defekter forårsaget af mekanisk bevægelse; samtidig kan afkølingshastigheden kontrolleres for at reducere krystal termisk stress og de resulterende krystalrevner og dislokationsdefekter, og kan vokse større krystaller. Det er nemmere at betjene og har gode udviklingsmuligheder.

Referencekilder:

[1] Zhu Zhenfeng. Forskning i overflademorfologi og revnebeskadigelse af safirkrystaller ved udskæring af diamanttrådssav

[2] Chang Hui. Anvendelsesforskning i stor størrelse safirkrystal vækstteknologi

[3] Zhang Xueping. Forskning i safirkrystalvækst og LED-anvendelse

[4] Liu Jie. Oversigt over safirkrystal fremstillingsmetoder og egenskaber