Différences d’application des plaquettes de saphir avec différentes orientations cristallines
Le saphir est un monocristal d’oxyde d’aluminium. Il possède un système cristallin trigonal et une structure hexagonale. Sa structure cristalline est composée de trois atomes d’oxygène et de deux atomes d’aluminium réunis par des liaisons covalentes. Il est disposé très étroitement et possède de solides chaînes de liaison. Il a une énergie de réseau élevée et presque aucune impureté ou défaut à l’intérieur du cristal, il présente donc une excellente isolation électrique, une excellente transparence, une bonne conductivité thermique et des propriétés de rigidité élevées, et est largement utilisé comme fenêtres optiques. et des matériaux de substrat haute performance. Cependant, la structure moléculaire du saphir est complexe et anisotrope. Le traitement et l’utilisation de différentes orientations cristallines ont des effets très différents sur les propriétés physiques correspondantes, de sorte que les utilisations sont également différentes. De manière générale, les substrats en saphir sont disponibles dans les orientations des plans C, R, A et M.
Application du saphir côté C
En tant que semi-conducteur à large bande interdite de troisième génération, le matériau en nitrure de gallium (GaN) possède des propriétés telles qu’une large bande interdite directe, de fortes liaisons atomiques, une conductivité thermique élevée, une bonne stabilité chimique (presque non corrodée par aucun acide) et une forte résistance aux radiations. , il a de larges perspectives dans l’application de l’optoélectronique, des dispositifs haute température et haute puissance et des dispositifs micro-ondes haute fréquence. Cependant, en raison du point de fusion élevé du GaN, il est actuellement difficile d’obtenir des matériaux monocristallins de grande taille. Par conséquent, une méthode courante consiste à effectuer une croissance hétéroépitaxiale sur d’autres substrats, ce qui nécessite des matériaux de substrat plus élevés.
Application du saphir côté A
En raison de ses excellentes propriétés globales, en particulier de son excellente transmission, le monocristal de saphir peut améliorer l’effet de pénétration des rayons infrarouges, ce qui en fait un matériau de fenêtre idéal pour l’infrarouge moyen et a été largement utilisé dans les équipements optoélectroniques militaires. Parmi eux, le saphir du côté A est la surface dans la direction normale de la surface polaire (côté C) et est une surface non polaire. Généralement, la qualité des cristaux de saphir développés dans la direction a est meilleure que celle des cristaux développés dans la direction c. Il présente moins de dislocations, moins de structures en mosaïque et une structure cristalline plus complète, etc., ce qui lui confère de meilleures performances de transmission de la lumière. Dans le même temps, en raison de la surface A, la méthode de liaison atomique de Al-O-Al-O rend la dureté et la résistance à l’usure du saphir dans la direction a nettement supérieures à celles de la direction c. Par conséquent, les tranches de direction A sont principalement utilisées comme matériaux de fenêtre ; en outre, saphir de direction A Il possède également une constante diélectrique uniforme et des propriétés d’isolation élevées, il peut donc être utilisé dans la technologie microélectronique hybride et peut également être utilisé pour la croissance de supraconducteurs élevés.
Application du saphir à surface R/surface M
Le plan R est le plan non polaire du saphir. Par conséquent, les changements de position du plan R dans les dispositifs en saphir lui confèrent des propriétés mécaniques, thermiques, électriques et optiques différentes. D’une manière générale, les substrats en saphir plan R sont préférés pour le dépôt hétéroépitaxial de silicium, principalement pour la fabrication d’applications de semi-conducteurs, de micro-ondes et de circuits intégrés microélectroniques. Une croissance sur substrat de type R peut également être utilisée. Avec la popularité actuelle des smartphones et des tablettes informatiques, les substrats en saphir à surface R ont remplacé les dispositifs SAW composés existants utilisés dans les smartphones et les tablettes, fournissant un substrat de dispositif capable d’améliorer les performances.
De plus, lorsque le plan R ou le plan M est utilisé pour faire croître des couches épitaxiales non polaires/semi-polaires, par rapport au substrat saphir du plan C, il peut améliorer partiellement ou même complètement les problèmes causés par le champ de polarisation dans le dispositif émetteur de lumière. Par conséquent, le matériau de substrat utilisé comme LED peut contribuer à améliorer l’efficacité lumineuse. Cependant, lors du traitement ou de la découpe, le choix de la face M comme surface de coupe est sujet aux fissures et il est difficile de préparer une surface de haute qualité.