Hur mycket kan du om safir?

Safirglasodlas från aluminiumoxidpulver med hög renhet med en renhet på mer än 99,995 %. Det är det största efterfrågan på aluminiumoxid med hög renhet. Det har fördelarna med hög hållfasthet, hög hårdhet och stabila kemiska egenskaper. Den kan fungera i tuffa miljöer som hög temperatur, korrosion och stötar. Det används ofta inom försvar och civil teknik, mikroelektronikteknik och andra områden.

Från högrent aluminiumoxidpulver till safirglas

Viktiga tillämpningar av safir

LED-substrat är den största tillämpningen av safir. Användningen av LED i belysning är det tredje varvet efter lysrör och energisnåla lampor. Principen för LED är att omvandla elektrisk energi till ljusenergi. När strömmen passerar genom halvledaren kombineras hålen och elektronerna, och överskottsenergin frigörs som ljusenergi, vilket slutligen producerar effekten av lysande belysning.LED-chipteknikbygger påepitaxiella wafers. Genom lager av gasformiga material avsatta på substratet inkluderar substratmaterialen huvudsakligen kiselsubstrat,kiselkarbidsubstratoch safirsubstrat. Bland dem har safirsubstrat uppenbara fördelar jämfört med de andra två substratmetoderna. Fördelarna med safirsubstrat återspeglas främst i enhetsstabilitet, mogen beredningsteknik, icke-absorption av synligt ljus, bra ljustransmittans och måttligt pris. Enligt data använder 80% av LED-företagen i världen safir som substratmaterial.

Utöver det ovan nämnda området kan safirkristaller även användas i mobiltelefonskärmar, medicinsk utrustning, smyckesdekoration och andra områden. Dessutom kan de även användas som fönstermaterial för olika vetenskapliga detektionsinstrument som linser och prismor.

Beredning av safirkristaller

1964 tillämpade Poladino, AE och Rotter, BD denna metod först på tillväxten av safirkristaller. Hittills har ett stort antal högkvalitativa safirkristaller producerats. Principen är: först värms råvarorna till smältpunkten för att bilda en smälta, och sedan används ett enkristallfrö (dvs frökristall) för att komma i kontakt med smältans yta. På grund av temperaturskillnaden är gränsytan mellan frökristallen och smältan underkyld, så smältan börjar stelna på ytan av frökristallen och börjar växa en enkristall med samma kristallstruktur somfrökristall. Samtidigt dras frökristallen långsamt uppåt och roteras med en viss hastighet. När frökristallen dras, stelnar smältan gradvis vid gränsytan mellan fast och vätska, och sedan bildas en enda kristall. Detta är en metod för att odla kristaller från en smälta genom att dra en frökristall, som kan framställa högkvalitativa enkristaller från smältan. Det är en av de vanligaste metoderna för kristalltillväxt.

Fördelarna med att använda Czochralski-metoden för att odla kristaller är:

(1) tillväxthastigheten är snabb och högkvalitativa enkristaller kan odlas på kort tid; 

(2) kristallen växer på ytan av smältan och kommer inte i kontakt med degelväggen, vilket effektivt kan minska kristallens inre spänning och förbättra kristallkvaliteten. 

En stor nackdel med denna metod för att odla kristaller är emellertid att diametern på kristallen som kan odlas är liten, vilket inte främjar tillväxten av stora kristaller.

Kyropoulos metod för att odla safirkristaller

Kyropoulos-metoden, som uppfanns av Kyropouls 1926, kallas KY-metoden. Dess princip liknar den för Czochralski-metoden, det vill säga att frökristallen bringas i kontakt med smältans yta och dras sedan långsamt uppåt. Efter det att ympkristallen har dragits uppåt under en tid för att bilda en kristallhals, dras ympkristallen inte längre upp eller roteras efter att stelningshastigheten för gränsytan mellan smältan och ympkristallen är stabil. Enkristallen stelnar gradvis från toppen till botten genom att kontrollera kylningshastigheten, och slutligen enenkristallbildas.

Produkterna som produceras genom kibblingsprocessen har egenskaperna hög kvalitet, låg defektdensitet, stor storlek och bättre kostnadseffektivitet.

Safirkristalltillväxt genom guidad mögelmetod

Som en speciell kristalltillväxtteknologi används den guidade formmetoden enligt följande princip: genom att placera en smältpunkt med hög smältpunkt i formen sugs smältan på formen genom formens kapillärverkan för att uppnå kontakt med frökristallen och en enkelkristall kan bildas under ympkristalldragningen och kontinuerlig stelning. Samtidigt har formens kantstorlek och form vissa begränsningar för kristallstorleken. Därför har denna metod vissa begränsningar i appliceringsprocessen och är endast tillämpbar på specialformade safirkristaller som rörformade och U-formade.

Safirkristalltillväxt genom värmeväxlingsmetod

Värmeväxlingsmetoden för framställning av stora safirkristaller uppfanns av Fred Schmid och Dennis 1967. Värmeväxlingsmetoden har god värmeisoleringseffekt, kan självständigt styra temperaturgradienten hos smältan och kristallen, har god styrbarhet, och är lättare att odla safirkristaller med låg dislokation och stor storlek.

Fördelen med att använda värmeväxlingsmetoden för att odla safirkristaller är att degeln, kristallen och värmaren inte rör sig under kristalltillväxt, vilket eliminerar sträckningsverkan av kyvo-metoden och dragmetoden, minskar mänskliga störningsfaktorer och därmed undviker kristaller defekter orsakade av mekanisk rörelse; samtidigt kan avkylningshastigheten kontrolleras för att minska kristallvärmespänningen och de resulterande kristallsprickbildnings- och dislokationsdefekterna, och kan växa större kristaller. Den är enklare att driva och har goda utvecklingsmöjligheter.

Referenskällor:

[1] Zhu Zhenfeng. Forskning om ytmorfologi och sprickskador på safirkristaller genom skivning av diamanttrådsåg

[2] Chang Hui. Applikationsforskning om safirkristalltillväxtteknologi i stor storlek

[3] Zhang Xueping. Forskning om safirkristalltillväxt och LED-applikation

[4] Liu Jie. Översikt över beredningsmetoder och egenskaper för safirkristaller