Wie viel wissen Sie über Saphir?

Saphirglaswird aus hochreinem Aluminiumoxidpulver mit einer Reinheit von mehr als 99,995 % hergestellt. Es ist das Gebiet mit der größten Nachfrage nach hochreinem Aluminiumoxid. Es bietet die Vorteile einer hohen Festigkeit, einer hohen Härte und stabiler chemischer Eigenschaften. Es kann in rauen Umgebungen wie hohen Temperaturen, Korrosion und Stößen eingesetzt werden. Es wird häufig in der Verteidigungs- und Ziviltechnik, der Mikroelektroniktechnologie und anderen Bereichen eingesetzt.

Vom hochreinen Aluminiumoxidpulver bis zum Saphirkristall

Hauptanwendungen von Saphir

LED-Substrat ist die größte Anwendung von Saphir. Der Einsatz von LED in der Beleuchtung ist nach Leuchtstofflampen und Energiesparlampen die dritte Revolution. Das Prinzip der LED besteht darin, elektrische Energie in Lichtenergie umzuwandeln. Wenn der Strom durch den Halbleiter fließt, verbinden sich die Löcher und Elektronen und die überschüssige Energie wird als Lichtenergie freigesetzt, wodurch schließlich der Effekt einer leuchtenden Beleuchtung entsteht.LED-Chip-Technologiebasiert aufepitaktische Wafer. Durch Schichten gasförmiger Materialien, die auf dem Substrat abgeschieden werden, umfassen die Substratmaterialien hauptsächlich Siliziumsubstrat,Siliziumkarbid-Substratund Saphirsubstrat. Unter diesen hat das Saphirsubstrat offensichtliche Vorteile gegenüber den beiden anderen Substratmethoden. Die Vorteile des Saphirsubstrats spiegeln sich hauptsächlich in der Gerätestabilität, der ausgereiften Vorbereitungstechnologie, der Nichtabsorption von sichtbarem Licht, der guten Lichtdurchlässigkeit und dem moderaten Preis wider. Daten zufolge verwenden 80 % der LED-Unternehmen weltweit Saphir als Substratmaterial.

Zusätzlich zu dem oben genannten Bereich können Saphirkristalle auch in Mobiltelefonbildschirmen, medizinischen Geräten, Schmuckdekorationen und anderen Bereichen verwendet werden. Darüber hinaus können sie auch als Fenstermaterialien für verschiedene wissenschaftliche Nachweisinstrumente wie Linsen und Prismen verwendet werden.

Vorbereitung von Saphirkristallen

Im Jahr 1964 wandten Poladino, AE und Rotter, BD diese Methode erstmals auf die Züchtung von Saphirkristallen an. Bisher wurde eine große Anzahl hochwertiger Saphirkristalle hergestellt. Das Prinzip ist: Zuerst werden die Rohstoffe bis zum Schmelzpunkt erhitzt, um eine Schmelze zu bilden, und dann wird ein Einkristallkeim (d. h. Impfkristall) verwendet, um die Oberfläche der Schmelze zu kontaktieren. Aufgrund des Temperaturunterschieds wird die Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche zwischen dem Impfkristall und der Schmelze unterkühlt, sodass die Schmelze auf der Oberfläche des Impfkristalls zu erstarren beginnt und ein Einkristall mit der gleichen Kristallstruktur wie der zu wachsen beginntImpfkristall. Gleichzeitig wird der Impfkristall langsam nach oben gezogen und mit einer bestimmten Geschwindigkeit gedreht. Beim Ziehen des Impfkristalls erstarrt die Schmelze allmählich an der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche und es entsteht dann ein Einkristall. Dies ist eine Methode zur Züchtung von Kristallen aus einer Schmelze durch Ziehen eines Impfkristalls, wodurch hochwertige Einkristalle aus der Schmelze hergestellt werden können. Es ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Kristallzüchtung.

Die Vorteile der Verwendung der Czochralski-Methode zur Kristallzüchtung sind:

(1) Die Wachstumsrate ist schnell und es können in kurzer Zeit hochwertige Einkristalle gezüchtet werden. 

(2) Der Kristall wächst auf der Oberfläche der Schmelze und berührt die Tiegelwand nicht, wodurch die innere Spannung des Kristalls wirksam verringert und die Kristallqualität verbessert werden kann. 

Ein wesentlicher Nachteil dieser Methode zur Kristallzüchtung besteht jedoch darin, dass der Durchmesser der züchtbaren Kristalle klein ist, was dem Wachstum großer Kristalle nicht förderlich ist.

Kyropoulos-Methode zur Züchtung von Saphirkristallen

Die 1926 von Kyropouls erfundene Kyropoulos-Methode wird als KY-Methode bezeichnet. Das Prinzip ähnelt dem der Czochralski-Methode, das heißt, der Impfkristall wird mit der Oberfläche der Schmelze in Kontakt gebracht und dann langsam nach oben gezogen. Nachdem der Impfkristall jedoch eine Zeit lang nach oben gezogen wurde, um einen Kristallhals zu bilden, wird der Impfkristall nicht mehr nach oben gezogen oder gedreht, nachdem die Erstarrungsgeschwindigkeit der Grenzfläche zwischen der Schmelze und dem Impfkristall stabil ist. Der Einkristall verfestigt sich allmählich von oben nach unten, indem die Abkühlgeschwindigkeit gesteuert wird, und schließlich aEinkristallentsteht.

Die im Kibble-Verfahren hergestellten Produkte zeichnen sich durch hohe Qualität, geringe Fehlerdichte, große Größe und bessere Kosteneffizienz aus.

Saphirkristallwachstum durch geführte Formmethode

Als spezielle Kristallwachstumstechnologie wird die geführte Formmethode nach folgendem Prinzip verwendet: Durch Einbringen einer Schmelze mit hohem Schmelzpunkt in die Form wird die Schmelze durch die Kapillarwirkung der Form an die Form gesaugt, um Kontakt mit dem Impfkristall herzustellen , und während des Impfkristallziehens und der kontinuierlichen Erstarrung kann ein Einkristall gebildet werden. Gleichzeitig unterliegen Randgröße und Form der Form gewissen Einschränkungen hinsichtlich der Kristallgröße. Daher weist diese Methode bestimmte Einschränkungen im Anwendungsprozess auf und ist nur auf speziell geformte Saphirkristalle anwendbar, z. B. röhrenförmig und U-förmig.

Saphirkristallwachstum durch Wärmeaustauschmethode

Die Wärmeaustauschmethode zur Herstellung großer Saphirkristalle wurde 1967 von Fred Schmid und Dennis erfunden. Die Wärmeaustauschmethode hat eine gute Wärmeisolationswirkung, kann den Temperaturgradienten der Schmelze und des Kristalls unabhängig steuern, ist gut kontrollierbar und ist einfacher zu züchtende Saphirkristalle mit geringer Versetzung und großer Größe.

Der Vorteil der Verwendung der Wärmeaustauschmethode zum Züchten von Saphirkristallen besteht darin, dass sich Tiegel, Kristall und Heizgerät während des Kristallwachstums nicht bewegen, wodurch die Streckwirkung der Kyvo-Methode und der Ziehmethode entfällt, menschliche Störfaktoren reduziert und somit Kristallbildung vermieden wird Defekte, die durch mechanische Bewegung verursacht werden; Gleichzeitig kann die Abkühlgeschwindigkeit gesteuert werden, um die thermische Spannung des Kristalls und die daraus resultierenden Kristallrisse und Versetzungsdefekte zu reduzieren und größere Kristalle wachsen zu lassen. Es ist einfacher zu bedienen und bietet gute Entwicklungsaussichten.

Referenzquellen:

[1] Zhu Zhenfeng. Forschung zur Oberflächenmorphologie und Rissschädigung von Saphirkristallen durch Schneiden mit einer Diamantdrahtsäge

[2] Chang Hui. Anwendungsforschung zur großformatigen Saphirkristall-Züchtungstechnologie

[3] Zhang Xueping. Forschung zum Saphirkristallwachstum und zur LED-Anwendung

[4] Liu Jie. Überblick über Methoden und Eigenschaften zur Herstellung von Saphirkristallen