Koliko veste o safirju?

Safirno stekloje pridelan iz prahu aluminijevega oksida visoke čistosti s čistostjo več kot 99,995 %. To je največje območje povpraševanja po aluminijevem oksidu visoke čistosti. Ima prednosti visoke trdnosti, visoke trdote in stabilnih kemičnih lastnosti. Deluje lahko v težkih okoljih, kot so visoka temperatura, korozija in udarci. Široko se uporablja v obrambni in civilni tehnologiji, tehnologiji mikroelektronike in na drugih področjih.

Od prahu aluminijevega oksida visoke čistosti do safirnega kristala

Ključne uporabe safirja

LED substrat je največja uporaba safirja. Uporaba LED v razsvetljavi je tretja revolucija po fluorescenčnih sijalkah in energijsko varčnih sijalkah. Načelo LED je pretvorba električne energije v svetlobno. Ko tok teče skozi polprevodnik, se luknje in elektroni združijo, odvečna energija pa se sprosti kot svetlobna energija, kar končno povzroči učinek svetlobne osvetlitve.Tehnologija LED čipovtemelji naepitaksialne rezine. Skozi plasti plinastih materialov, ki so naneseni na substrat, substratni materiali večinoma vključujejo silicijev substrat,substrat iz silicijevega karbidain safirno podlago. Med njimi ima safirni substrat očitne prednosti pred drugima dvema metodama substrata. Prednosti safirnega substrata se kažejo predvsem v stabilnosti naprave, zreli tehnologiji priprave, neabsorpciji vidne svetlobe, dobri prepustnosti svetlobe in zmerni ceni. Po podatkih 80 % LED podjetij na svetu uporablja safir kot substratni material.

Poleg zgoraj omenjenega področja se lahko safirni kristali uporabljajo tudi v zaslonih mobilnih telefonov, medicinski opremi, dekoraciji nakita in drugih področjih. Poleg tega se lahko uporabljajo tudi kot materiali za okna za različne znanstvene detekcijske instrumente, kot so leče in prizme.

Priprava safirnih kristalov

Leta 1964 sta Poladino, AE in Rotter, BD prvič uporabila to metodo za rast safirnih kristalov. Do sedaj je bilo izdelano veliko število visokokakovostnih safirnih kristalov. Načelo je: najprej se surovine segrejejo do tališča, da nastane talina, nato pa se za stik s površino taline uporabi eno kristalno seme (t. i. zarodni kristal). Zaradi temperaturne razlike je mejna površina trdno-tekoče med zarodnim kristalom in talino prehlajena, zato se talina začne strjevati na površini zarodnega kristala in začne rasti en sam kristal z enako kristalno strukturo kotsemenski kristal. Hkrati se zarodni kristal počasi vleče navzgor in se vrti z določeno hitrostjo. Ko vlečemo zarodni kristal, se talina postopoma strdi na meji med trdno in tekočino, nato pa nastane en sam kristal. To je metoda gojenja kristalov iz taline z vlečenjem zarodnega kristala, ki lahko pripravi visokokakovostne posamezne kristale iz taline. Je ena izmed pogosto uporabljenih metod rasti kristalov.

Prednosti uporabe metode Czochralski za gojenje kristalov so:

(1) stopnja rasti je hitra in visokokakovostne posamezne kristale je mogoče gojiti v kratkem času; 

(2) kristal raste na površini taline in se ne dotika stene lončka, kar lahko učinkovito zmanjša notranjo napetost kristala in izboljša kakovost kristala. 

Vendar pa je velika pomanjkljivost te metode gojenja kristalov ta, da je premer kristala, ki ga lahko gojimo, majhen, kar ni ugodno za rast velikih kristalov.

Kyropoulosova metoda za gojenje safirnih kristalov

Kyropoulosova metoda, ki jo je izumil Kyropouls leta 1926, se imenuje metoda KY. Njegovo načelo je podobno kot pri metodi Czochralskega, to pomeni, da se zarodni kristal pripelje v stik s površino taline in nato počasi potegne navzgor. Vendar pa potem, ko se zarodni kristal nekaj časa vleče navzgor, da se oblikuje vrat kristala, se zarodni kristal ne potegne več navzgor ali vrti, potem ko je hitrost strjevanja vmesnika med talino in zarodnim kristalom stabilna. Monokristal se postopoma strjuje od vrha proti dnu z nadzorom hitrosti hlajenja in končno amonokristalse oblikuje.

Izdelki, proizvedeni s postopkom drobljenja, imajo značilnosti visoke kakovosti, nizke gostote napak, velike velikosti in boljše stroškovne učinkovitosti.

Rast safirnega kristala po metodi vodenega kalupa

Kot posebna tehnologija rasti kristalov se metoda vodenega kalupa uporablja po naslednjem principu: z namestitvijo taline z visokim tališčem v kalup se talina posesa na kalup s kapilarnim delovanjem kalupa, da se doseže stik z zarodnim kristalom. , in en sam kristal se lahko oblikuje med vlečenjem zarodnega kristala in neprekinjenim strjevanjem. Hkrati imata velikost roba in oblika kalupa določene omejitve glede velikosti kristala. Zato ima ta metoda določene omejitve v postopku nanašanja in je uporabna samo za safirne kristale posebnih oblik, kot so cevasti in U-obliki.

Rast safirnega kristala z metodo izmenjave toplote

Metodo izmenjave toplote za pripravo velikih safirnih kristalov sta izumila Fred Schmid in Dennis leta 1967. Metoda izmenjave toplote ima dober učinek toplotne izolacije, lahko neodvisno nadzoruje temperaturni gradient taline in kristala, ima dobro nadzorljivost in je lažji za gojenje safirnih kristalov z nizko dislokacijo in veliko velikostjo.

Prednost uporabe metode izmenjave toplote za gojenje safirnih kristalov je, da se lonček, kristal in grelec med rastjo kristala ne premikajo, s čimer se odpravi raztezanje metode kyvo in metode vlečenja, zmanjšajo se človeški dejavniki motenj in se tako izogne ​​kristalu okvare zaradi mehanskega gibanja; hkrati je mogoče nadzorovati hitrost ohlajanja, da se zmanjša termični stres kristala in posledično pokanje kristalov ter dislokacijske napake, in lahko rastejo večji kristali. Lažje je upravljati in ima dobre možnosti za razvoj.

Referenčni viri:

[1] Zhu Zhenfeng. Raziskave površinske morfologije in poškodbe razpok safirnih kristalov z rezanjem z diamantno žično žago

[2] Chang Hui. Raziskave uporabe tehnologije rasti safirnih kristalov velikih velikosti

[3] Zhang Xueping. Raziskave o rasti safirnih kristalov in uporabi LED

[4] Liu Jie. Pregled metod in značilnosti priprave safirnega kristala