Общие дефекты сапфирового кристалла, вызванные внутренним стрессом

Состав сапфира-оксид алюминия (Al₂О₃), А его кристаллическая структура представляет собой шестигранную решетчатую структуру. К-самолет наиболее обыкновенно используемый субстрат сапфира. Благодаря широкой полосе оптического проникновения он имеет хороший коэффициент пропускания света от ближнего ультрафиолетового до среднего инфракрасного диапазона, поэтому он широко используется в оптических компонентах, инфракрасных устройствах, материалах для лазерных линз высокой интенсивности и материалах масок.

В настоящее время качество белого и синего светодиодов сверхвысокой яркости зависит от качества материала GaN, а качество GaN тесно связано с качеством обработки поверхности используемой сапфировой подложки.

Недавно, рынок смещал от одиночного кристалла сапфира 2 дюймов к 4 дюйму, 6 дюйму и 8 дюйму. Быстрое развитие рынка светодиодов требует роста сапфировых кристаллов большого размера, высокого качества и стабильной работы, что выдвигает более высокие требования к технологии выращивания сапфиров. Однако, в процессе роста монокристалла сапфира, часто некоторые дефекты которые значительно влияют на представление сапфира, как кристаллические отказы, вывихи, примеси и центры цвета, воздушные пузыри, етк.

Ниже мы сосредоточимся на двух типах дефектов сапфирового стекла.

1. Хрустальные трещины

Во время процесса роста, генерация различных напряжений внутри кристалла вызовет деформацию. Когда деформация больше, чем предел упругости самого кристалла, кристалл треснет. Напряг в кристалле в основном включает следующие три типа:

(1) Тепловое напряжение: тепловое напряжение-это своего рода внутреннее напряжение, вызванное неравномерным нагревом кристалла и разницей температур, что приводит к непоследовательной деформации расширения или сжатия кристалла и взаимной сдержанности между различными частями кристалла. Таким образом, до тех пор, пока внутри кристалла существует температурный градиент, будет существовать тепловое напряжение.

(2) Химический стресс: причиненный неравномерным распределением различных компонентов в кристалле.

(3) Механическое напряжение: вызванное механической вибрацией во время роста кристаллов.

Во время роста монокристалла сапфира, термальный стресс самая важная форма всего стресса. Основные причины чрезмерного теплового напряжения в кристалле включают следующие аспекты:

A. Темпы роста являются слишком быстрыми.

Б. Температурное поле неразумно, а температурный градиент слишком велик.

C. Скорость охлаждения слишком высокая.

D. Кристаллическая ориентация.

Е. Размер кристалла.

Небольшое напряжение

Средний стресс

2. Ввывих

Дислокация-это дефект решетки с особой структурой. Фактический кристалл подвергается действию внешней среды или различных внутренних напряжений во время кристаллизации, и расположение частиц внутри кристалла деформируется и больше не упорядочивается в идеальное состояние решетки, что приводит к линейному дефекту в кристалле, называемому дислокацией.

Причины дислокаций в кристаллах сапфира в основном включают следующие три аспекта:

А. Первичные дислокации: если есть дислокации в выбранном кристалле, они могут быть расширены в новые кристаллы за счет роста. Дислокации в кристалле затравки включают дислокации, присущие кристаллу затравки, смещения, создаваемые чрезмерным напряжением во время обработки, и дислокации, создаваемые тепловым ударом во время посева.

Б. Дислокации образуются во время роста кристаллов. Его основными источниками являются:

(1) Осевой и радиальный градиенты температуры кристалла вблизи раздела создают тепловое напряжение, оба из которых превышают критическое значение.

(2) Изменения в константах решетки, вызванные сегрегацией компонентов: из-за наличия примесных атомов в расплаве кристаллы будут последовательно затвердевать в процессе затвердевания, что приведет к различиям в составе и возможному образованию дислокаций.

(3) Точечные дефекты (вакансии и промежуточные точки) вызывают локальную концентрацию напряжений.

(4)Влияние механической вибрации заставляет кристалл отклоняться или изгибаться, и между соседними кристаллическими блоками возникает разность фаз, тем самым образуя дислокации.

Концентрация напряжений склонна возникать вблизи границ раздела, таких как близнецы и границы зерен внутри кристалла и вблизи микротрещин. Если напряжение превышает напряжение скольжения, когда кристалл проскальзывает в этой области, в этой области будут происходить дислокации.