Quanto sai di Sapphire?

Crystal di zaffiroviene coltivato da polvere di allumina ad alta purezza con una purezza superiore al 99,995%. È la più grande area di domanda per l'allumina di alta purezza. Ha i vantaggi di alta resistenza, alta durezza e proprietà chimiche stabili. Può funzionare in ambienti difficili come alta temperatura, corrosione e impatto. È ampiamente utilizzato nella difesa e nella tecnologia civile, tecnologia di microelettronica e altri campi.

Dalla polvere di allumina di alta purezza al cristallo di zaffiro

Applicazioni chiave dello zaffiro

Il substrato a LED è la più grande applicazione di zaffiro. L'applicazione del LED nell'illuminazione è la terza rivoluzione dopo lampade fluorescenti e lampade a risparmio di energia. Il principio del LED è di convertire l'energia elettrica in energia luminosa. Quando la corrente passa attraverso il semiconduttore, i fori e gli elettroni si combinano e l'energia in eccesso viene rilasciata come energia luminosa, producendo infine l'effetto dell'illuminazione luminosa.Tecnologia dei chip a LEDsi basa suwafer epitassiali. Attraverso strati di materiali gassosi depositati sul substrato, i materiali del substrato includono principalmente il substrato di silicio,substrato in carburo di silicioe substrato di zaffiro. Tra questi, il substrato di zaffiro presenta evidenti vantaggi rispetto agli altri due metodi di substrato. I vantaggi del substrato di zaffiro si riflettono principalmente nella stabilità del dispositivo, nella tecnologia di preparazione matura, nel non assorbimento della luce visibile, nella buona trasmissione della luce e nel prezzo moderato. Secondo i dati, l'80% delle società a LED nel mondo utilizza Sapphire come materiale del substrato.

Oltre al campo sopra menzionato, i cristalli di zaffiro possono anche essere utilizzati in schermi di telefonia mobile, attrezzature mediche, decorazioni di gioielli e altri campi. Inoltre, possono anche essere utilizzati come materiali per finestre per vari strumenti di rilevamento scientifico come lenti e prismi.

Preparazione di cristalli di zaffiro

Nel 1964, Poladino, AE e Rotter, BD applicò per la prima volta questo metodo alla crescita dei cristalli di zaffiro. Finora sono stati prodotti un gran numero di cristalli di zaffiro di alta qualità. Il principio è: in primo luogo, le materie prime vengono riscaldate al punto di fusione per formare una fusione, quindi un singolo seme di cristallo (cioè il cristallo di semi) viene utilizzato per contattare la superficie della fusione. A causa della differenza di temperatura, l'interfaccia solida-liquido tra il cristallo di semi e la fusione è super raffreddata, quindi la fusione inizia a solidificarsi sulla superficie del cristallo di semi e inizia a far crescere un singolo cristallo con la stessa struttura cristallinacristallo di semi. Allo stesso tempo, il cristallo di semi viene lentamente tirato verso l'alto e ruotato a una certa velocità. Quando viene tirato il cristallo di semi, il fusione si solidifica gradualmente all'interfaccia solido-liquido, quindi si forma un singolo cristallo. Questo è un metodo per coltivare cristalli da una fusione tirando un cristallo di semi, che può preparare singoli cristalli di alta qualità dal fusione. È uno dei metodi di crescita cristallina comunemente usati.

I vantaggi dell'utilizzo del metodo Czocralski per coltivare i cristalli sono:

(1) il tasso di crescita è rapido e i singoli cristalli di alta qualità possono essere coltivati ​​in un breve periodo di tempo; 

(2) Il cristallo cresce sulla superficie della fusione e non contatta la parete del crogiolo, che può effettivamente ridurre la sollecitazione interna del cristallo e migliorare la qualità del cristallo. 

Tuttavia, un grande svantaggio di questo metodo di coltivazione dei cristalli è che il diametro del cristallo che può essere coltivato è piccolo, il che non è favorevole alla crescita di cristalli di grandi dimensioni.

Metodo Kyropoulos per la coltivazione di cristalli di zaffiro

Il metodo Kyropoulos, inventato da Kyropouls nel 1926, è indicato come metodo KY. Il suo principio è simile a quello del metodo di Czochralski, cioè il cristallo di semi viene messo a contatto con la superficie della fusione e poi si tira lentamente verso l'alto. Tuttavia, dopo che il cristallo di semi viene tirato verso l'alto per un periodo di tempo per formare un collo di cristallo, il cristallo di semi non viene più tirato su o ruotato dopo la velocità di solidificazione dell'interfaccia tra il fusione e il cristallo di semi è stabile. Il singolo cristallo viene gradualmente solidificato dall'alto verso il basso controllando la velocità di raffreddamento e infine asingolo cristalloè formato.

I prodotti prodotti dal processo di kibbling hanno le caratteristiche di alta qualità, bassa densità di difetto, grandi dimensioni e migliore efficacia in termini di costi.

Crescita in cristallo di zaffiro per metodo di stampo guidato

Come speciale tecnologia di crescita cristallina, il metodo dello stampo guidato viene utilizzato nel seguente principio: posizionando un elevato punto di fusione nella fascia, la fusione viene succhiata sullo stampo dall'azione capillare dello stampo per raggiungere il contatto con il cristallo di semi e un singolo cristallo può essere formato durante il trazione del cristallo di semi e la solidificazione continua. Allo stesso tempo, la dimensione del bordo e la forma dello stampo hanno alcune restrizioni sulla dimensione del cristallo. Pertanto, questo metodo ha alcune limitazioni nel processo di candidatura ed è applicabile solo a cristalli di zaffiro a forma speciale come tubolare e a forma di U.

Crescita in cristallo di zaffiro con metodo di scambio di calore

Il metodo di scambio di calore per la preparazione dei cristalli di zaffiro di grandi dimensioni è stato inventato da Fred Schmid e Dennis nel 1967. Il metodo di scambio di calore ha un buon effetto di isolamento termico, può controllare indipendentemente il gradiente di temperatura del fuso e del cristallo, ha una buona controllabilità ed è più facile coltivare cristalli di zaffiro con bassa dislocazione e dimensioni di grandi dimensioni.

Il vantaggio dell'utilizzo del metodo di scambio di calore per far crescere i cristalli di zaffiro è che il crogiolo, il cristallo e il riscaldatore non si muovono durante la crescita dei cristalli, eliminando l'azione di allungamento del metodo Kyvo e il metodo di trazione, riducendo i fattori di interferenza umana e evitando così difetti di cristalli causati da un movimento meccanico; Allo stesso tempo, la velocità di raffreddamento può essere controllata per ridurre la sollecitazione termica cristallina e i conseguenti difetti di cracking dei cristalli e dislocazione e può crescere cristalli più grandi. È più facile operare e ha buone prospettive di sviluppo.

Fonti di riferimento:

[1] Zhu Zhenfeng. Ricerca sulla morfologia superficiale e danni da crepa di cristalli di zaffiro mediante sega a filo diamantato.

[2] Chang Hui. Ricerca sull'applicazione sulla tecnologia di crescita cristallina di zaffiro di grandi dimensioni

[3] Zhang Xueping. Ricerca sulla crescita dei cristalli di zaffiro e l'applicazione LED

[4] Liu Jie. Panoramica dei metodi e delle caratteristiche di preparazione dei cristalli di zaffiro