サファイアについてどれだけ知っていますか？

サファイアクリスタル99.995％以上の純度を持つ高純度アルミナパウダーから成長します。高純度のアルミナの最大の需要エリアです。高強度、高硬度、安定した化学的特性の利点があります。高温、腐食、衝撃などの過酷な環境で機能します。防衛および民間技術、マイクロエレクトロニクス技術、その他の分野で広く使用されています。

高純度のアルミナパウダーからサファイアクリスタルまで

サファイアの重要なアプリケーション

LED基板は、サファイアの最大の用途です。照明におけるLEDの適用は、蛍光灯と省エネランプの後の第3回革命です。 LEDの原則は、電気エネルギーを光エネルギーに変換することです。電流が半導体を通過すると、穴と電子が結合され、過剰なエネルギーが光エネルギーとして放出され、最終的に光照明の効果が生成されます。LEDチップテクノロジーに基づいていますエピタキシャルウェーハ。基質に堆積した気体材料の層を介して、基質材料には主にシリコン基板が含まれます。炭化シリコン基板およびサファイア基板。その中で、サファイア基質は、他の2つの基質法よりも明らかな利点があります。サファイア基質の利点は、主にデバイスの安定性、成熟した準備技術、可視光の非吸収、良好な光透過率、および中程度の価格に反映されています。データによると、世界のLED企業の80％はサファイアを基質材料として使用しています。

上記のフィールドに加えて、サファイアクリスタルは携帯電話の画面、医療機器、宝石の装飾、その他のフィールドでも使用できます。さらに、レンズやプリズムなどのさまざまな科学的検出器の窓材料としても使用できます。

サファイアクリスタルの準備

1964年、Poladino、AE、Rotter、BDは、最初にこの方法をサファイアクリスタルの成長に適用しました。これまでのところ、多数の高品質のサファイア結晶が生産されています。原理は次のとおりです。最初に、原材料は融点に加熱されて融解を形成し、次に単結晶種子（つまり、種子結晶）を使用して溶融物の表面に接触します。温度の差により、種子結晶と溶融物の間の固形液体界面はスーパークーリングされているため、溶融物は種子結晶の表面で固化し始め、同じ結晶構造の単一結晶を成長させ始めます。種子クリスタル。同時に、種子の結晶はゆっくりと上に引っ張られ、特定の速度で回転します。種子結晶が引っ張られると、溶融物が固形液体界面で徐々に固化し、単結晶が形成されます。これは、種子結晶を引くことにより、溶融物から結晶を成長させる方法であり、溶融から高品質の単結晶を準備できます。一般的に使用される結晶成長方法の1つです。

Czochralskiメソッドを使用して結晶を成長させることの利点は次のとおりです。

（1）成長率は高速であり、高品質の単結晶は短期間で成長できます。 

（2）結晶は溶融物の表面で成長し、るつぼ壁に接触しません。これにより、結晶の内部応力が効果的に減少し、結晶の品質が向上します。 

しかし、結晶を成長させるこの方法の主な欠点は、成長できる結晶の直径が小さく、大規模な結晶の成長を助長しないことです。

サファイア結晶を栽培するためのKyropoulosメソッド

1926年にKyropoulsによって発明されたKyropoulosメソッドは、KYメソッドと呼ばれています。その原理は、Czochralski法の原理と似ています。つまり、種子結晶は溶融物の表面と接触し、ゆっくりと上に引っ張られます。しかし、種子結晶が一定期間上方に引っ張られて結晶首を形成した後、溶融物と種子結晶の間の界面の固化速度の後、種子結晶は引き出されたり回転したりしなくなります。単結晶は、冷却速度を制御することにより、上部から下まで徐々に固化し、最終的に単結晶形成されます。

キーブルプロセスによって生成される製品は、高品質、低い欠陥密度、大きなサイズ、およびより良い費用対効果の特性を持っています。

ガイド付き金型法によるサファイアクリスタルの成長

特別な結晶成長技術として、ガイド付き金型法は次の原則で使用されます。型溶融点を金型に溶かすことにより、種子結晶との接触を実現するために金型の毛細血管作用により溶融物が型に吸い込まれ、種子結晶の引っ張りと連続固化中に単一結晶を形成できます。同時に、金型のエッジのサイズと形状は、結晶サイズに一定の制限があります。したがって、この方法にはアプリケーションプロセスに特定の制限があり、管状やU字型などの特別な形のサファイア結晶にのみ適用できます。

熱交換法によるサファイアクリスタルの成長

大規模なサファイアクリスタルを準備するための熱交換方法は、1967年にフレッドシュミットとデニスによって発明されました。熱交換法は、優れた熱断熱効果を持ち、溶融物と結晶の温度勾配を独立して制御でき、低い外脱序と大きなサイズのサファイア結晶を栽培しやすくなります。

熱交換法を使用してサファイア結晶を成長させる利点は、るつぼ、結晶、ヒーターが結晶の成長中に動かず、Kyvo法と引っ張り方法の伸縮作用を排除し、人間の干渉因子を減らし、したがって機械的運動によって引き起こされる結晶の欠陥を回避することです。同時に、冷却速度を制御して、結晶熱応力と結果として生じる結晶亀裂と転位欠陥を減らし、より大きな結晶を増やすことができます。運用が簡単で、開発の見通しが優れています。

参照ソース:

[1] Zhu Zhenfeng。ダイヤモンドワイヤーによるサファイア結晶の表面形態と亀裂損傷に関する研究がスライス

[2]チャン・フイ。大規模なサファイアクリスタル成長技術に関するアプリケーション研究

[3] Zhang Xueping。サファイアクリスタルの成長とLEDアプリケーションに関する研究

[4] Liu Jie。サファイアクリスタルの準備方法と特性の概要