サファイアについてどれくらい知っていますか?

サファイアクリスタル純度99.995%以上の高純度アルミナ粉末から製造されています。高純度アルミナの最大の需要地域です。高強度、高硬度、化学的性質が安定しているという利点があります。高温、腐食、衝撃などの過酷な環境でも使用できます。防衛および民生技術、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。

高純度アルミナ粉末からサファイア結晶まで

サファイアの主な用途

LED基板はサファイアの最大の用途です。 LEDの照明への応用は、蛍光灯、省エネランプに続く第3の革命です。 LEDの原理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、正孔と電子が結合し、余分なエネルギーが光エネルギーとして放出され、最終的に発光効果が生じます。LEDチップ技術に基づいていますエピタキシャルウェーハ。基板上に堆積されたガス状材料の層を通して、基板材料には主にシリコン基板、炭化ケイ素基板そしてサファイア基板。その中でも、サファイア基板は他の 2 つの基板方法に比べて明らかな利点を持っています。サファイア基板の利点は、主にデバイスの安定性、成熟した製造技術、可視光の非吸収、良好な光透過率、および適度な価格に反映されます。データによると、世界中の LED 企業の 80% が基板材料としてサファイアを使用しています。

上記の分野に加えて、サファイア結晶は携帯電話の画面、医療機器、宝飾品の装飾などの分野でも使用できます。また、レンズやプリズムなどの各種科学検出機器の窓材としても使用できます。

サファイア結晶の準備

1964 年に、Poladino, AE と Rotter, BD がこの方法を初めてサファイア結晶の成長に適用しました。これまでに数多くの高品質のサファイア結晶が生産されてきました。原理は、まず原料を融点まで加熱して融液を形成し、次に単結晶の種（種結晶）を使用して融液の表面に接触させるというものです。この温度差により種結晶と融液の固液界面が過冷却され、融液が種結晶の表面で凝固し始め、種結晶と同じ結晶構造をもった単結晶が成長し始めます。種結晶。同時に種結晶をゆっくりと引き上げ、一定の速度で回転させます。種結晶を引き上げると、融液は固液界面で徐々に凝固し、単結晶が形成されます。融液から種結晶を引上げて結晶を育成する方法であり、融液から高品質な単結晶を得ることができます。一般的に使われている結晶成長法の一つです。

チョクラルスキー法を使用して結晶を成長させる利点は次のとおりです。

（１）成長速度が速く、短時間で高品質な単結晶を育成できる。 

(2) 結晶は融液の表面で成長し、るつぼの壁には接触しないため、結晶の内部応力が効果的に軽減され、結晶の品質が向上します。 

しかし、この結晶成長方法の大きな欠点は、成長できる結晶の直径が小さく、大きなサイズの結晶を成長させることができないことである。

サファイア結晶を成長させるためのカイロプロス法

1926 年にカイロポールスによって発明されたカイロプロス法は、KY 法と呼ばれます。その原理はチョクラルスキー法の原理と似ており、種結晶を融液の表面に接触させ、ゆっくりと引き上げます。しかし、種結晶を一定時間引き上げて結晶ネックを形成した後、融液と種結晶との界面の凝固速度が安定した後は、種結晶の引き上げや回転を行わなくなる。冷却速度を制御することで単結晶を上から下に向かって徐々に固化させ、最終的に単結晶を固化させます。単結晶が形成されます。

キブリングプロセスによって製造される製品は、高品質、低欠陥密度、大型サイズ、優れたコスト効率という特徴を備えています。

ガイドモールド法によるサファイア結晶成長

特殊な結晶成長技術として、高融点融液をモールド内に入れると、モールドの毛細管現象により融液がモールド上に吸引され、種結晶と接触する原理のガイドモールド法が使用されています。 、種結晶の引上げと連続凝固中に単結晶を形成することができます。同時に、型のエッジのサイズと形状により、結晶サイズに一定の制限があります。したがって、この方法には適用プロセスに一定の制限があり、管状や U 字型などの特殊な形状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結晶成長

大型サファイア結晶を製造するための熱交換法は、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。この熱交換法は、優れた断熱効果があり、融液と結晶の温度勾配を独立して制御でき、制御性が良く、転位が少なく、サイズの大きいサファイア結晶を成長させるのが容易です。

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、結晶成長中に坩堝、結晶、ヒーターが動かないため、kyvo 法や引上げ法の引き伸ばし動作が不要になり、人的干渉要因が減り、結晶の損傷が回避されることです。機械的な動作によって引き起こされる欠陥。同時に、冷却速度を制御して結晶の熱応力と、その結果生じる結晶の亀裂や転位欠陥を軽減し、より大きな結晶を成長させることができます。操作が簡単で、開発の見通しも良好です。

参考文献:

[1] 朱真峰。ダイヤモンドワイヤーソースライスによるサファイア結晶の表面形態とクラック損傷に関する研究

[2] チャン・フイ。大型サファイア結晶成長技術の応用研究

[3] 張学平。サファイア結晶成長とLED応用に関する研究

[4] 劉傑。サファイア結晶の作製方法と特徴の概要