การใช้งานแผ่นเวเฟอร์แซฟไฟร์ที่มีทิศทางการเรียงตัวของผลึกต่างกันนั้นมีความแตกต่างกันด้วยหรือไม่?

แซฟไฟร์เป็นผลึกเดี่ยวของอะลูมินา จัดอยู่ในระบบผลึกแบบไตรภาค โครงสร้างหกเหลี่ยม โครงสร้างผลึกประกอบด้วยอะตอมออกซิเจน 3 อะตอมและอะตอมอะลูมิเนียม 2 อะตอมในพันธะโควาเลนต์ เรียงตัวกันอย่างหนาแน่น มีพันธะและพลังงานแลตติสที่แข็งแรง ในขณะที่ภายในผลึกแทบไม่มีสิ่งเจือปนหรือข้อบกพร่อง จึงมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม โปร่งใส นำความร้อนได้ดี และมีความแข็งแกร่งสูง จึงนิยมใช้เป็นวัสดุสำหรับหน้าต่างแสงและวัสดุพื้นผิวประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม โครงสร้างโมเลกุลของแซฟไฟร์มีความซับซ้อนและไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกายภาพที่เกี่ยวข้องจึงแตกต่างกันมากสำหรับการแปรรูปและการใช้งานในทิศทางผลึกที่แตกต่างกัน ดังนั้นการใช้งานจึงแตกต่างกันด้วย โดยทั่วไปแล้ว พื้นผิวแซฟไฟร์มีให้เลือกในทิศทางระนาบ C, R, A และ M

การประยุกต์ใช้แผ่นเวเฟอร์แซฟไฟร์ระนาบซี

แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) เป็นสารกึ่งตัวนำรุ่นที่สามที่มีช่องว่างแถบพลังงานกว้าง มีพันธะอะตอมที่แข็งแรง การนำความร้อนสูง เสถียรภาพทางเคมีที่ดี (แทบไม่ถูกกัดกร่อนโดยกรดใดๆ) และความสามารถในการต้านทานรังสีสูง และมีอนาคตที่สดใสในการประยุกต์ใช้ในด้านอิเล็กโทรออปติก อุปกรณ์อุณหภูมิสูงและกำลังสูง และอุปกรณ์ไมโครเวฟความถี่สูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจุดหลอมเหลวสูงของ GaN จึงยากที่จะได้วัสดุผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ ดังนั้นวิธีการทั่วไปคือการปลูกผลึกแบบเฮเทอโรเอพิแท็กซีบนพื้นผิวอื่นๆ ซึ่งมีความต้องการวัสดุพื้นผิวที่สูงขึ้น

เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวแซฟไฟร์เมื่อเทียบกับหน้าผลึกอื่นๆ อัตราความไม่ตรงกันของค่าคงที่แลตติสระหว่างแผ่นเวเฟอร์แซฟไฟร์ระนาบ C (<0001>) และฟิล์มที่ตกตะกอนในกลุ่ม Ⅲ-Ⅴ และ Ⅱ-Ⅵ (เช่น GaN) นั้นค่อนข้างน้อย และอัตราความไม่ตรงกันของค่าคงที่แลตติสระหว่างทั้งสองนั้นค่อนข้างน้อยภาพยนตร์ AlNวัสดุที่สามารถใช้เป็นชั้นบัฟเฟอร์นั้นมีขนาดเล็กกว่ามาก และตรงตามข้อกำหนดด้านความทนทานต่ออุณหภูมิสูงในกระบวนการตกผลึกของ GaN ดังนั้นจึงเป็นวัสดุพื้นผิวทั่วไปสำหรับการเจริญเติบโตของ GaN ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิต LED สีขาว/น้ำเงิน/เขียว ไดโอดเลเซอร์ เครื่องตรวจจับอินฟราเรด และอื่นๆ

เป็นที่น่ากล่าวถึงว่า ฟิล์ม GaN ที่ปลูกบนพื้นผิวแซฟไฟร์ระนาบ C นั้นเติบโตไปตามแกนขั้ว นั่นคือทิศทางของแกน C ซึ่งไม่เพียงแต่เป็นกระบวนการเติบโตและกระบวนการเอพิแทกซีที่พัฒนาแล้ว มีต้นทุนค่อนข้างต่ำ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เสถียร แต่ยังมีประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ดีกว่าอีกด้วย อะตอมของเวเฟอร์แซฟไฟร์ที่วางแนว C นั้นเชื่อมต่อกันในรูปแบบ O-al-al-o-al-O ในขณะที่ผลึกแซฟไฟร์ที่วางแนว M และ A นั้นเชื่อมต่อกันในรูปแบบ al-O-al-O เนื่องจาก Al-Al มีพลังงานพันธะต่ำกว่าและพันธะอ่อนกว่า Al-O เมื่อเทียบกับผลึกแซฟไฟร์ที่วางแนว M และ A การประมวลผลของแซฟไฟร์ C จึงมุ่งเน้นไปที่การเปิดพันธะ Al-Al ซึ่งง่ายต่อการประมวลผลและสามารถได้คุณภาพพื้นผิวที่สูงกว่า จากนั้นจึงได้คุณภาพเอพิแทกซีของแกลเลียมไนไตรด์ที่ดีกว่า ซึ่งสามารถปรับปรุงคุณภาพของ LED สีขาว/น้ำเงินที่มีความสว่างสูงมากได้ ในทางกลับกัน ฟิล์มที่เติบโตตามแนวแกน C จะมีผลกระทบจากการโพลาไรเซชันแบบเกิดขึ้นเองและแบบเพียโซอิเล็กทริก ส่งผลให้เกิดสนามไฟฟ้าภายในที่รุนแรงภายในฟิล์ม (บ่อควอนตัมของชั้นแอคทีฟ) ซึ่งลดประสิทธิภาพการส่องสว่างของฟิล์ม GaN ลงอย่างมาก

แผ่นเวเฟอร์แซฟไฟร์ระนาบเอแอปพลิเคชัน

เนื่องจากประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการส่งผ่านแสงที่ดีเยี่ยม ผลึกแซฟไฟร์เดี่ยวสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทะลุผ่านของรังสีอินฟราเรด และกลายเป็นวัสดุหน้าต่างอินฟราเรดช่วงกลางที่เหมาะสม ซึ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริกทางการทหาร โดยที่ระนาบขั้ว (ระนาบ C) ของแซฟไฟร์ในทิศทางตั้งฉากกับหน้าตัดเป็นพื้นผิวที่ไม่เป็นขั้ว โดยทั่วไปแล้ว คุณภาพของผลึกแซฟไฟร์แบบ A จะดีกว่าผลึกแบบ C มีการเคลื่อนตัวน้อยกว่า โครงสร้างโมเสกน้อยกว่า และโครงสร้างผลึกสมบูรณ์กว่า ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพการส่งผ่านแสงที่ดีกว่า ในขณะเดียวกัน เนื่องจากโหมดการเชื่อมต่ออะตอม Al-O-Al-O บนระนาบ a ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอของแซฟไฟร์แบบ A จึงสูงกว่าแซฟไฟร์แบบ C อย่างมาก ดังนั้น ชิปแบบ A จึงถูกนำมาใช้เป็นวัสดุหน้าต่างเป็นส่วนใหญ่ นอกจากนี้ แซฟไฟร์ยังมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่สม่ำเสมอและคุณสมบัติเป็นฉนวนสูง จึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบไฮบริดได้ รวมถึงการปลูกตัวนำยิ่งยวด เช่น การใช้ TlBaCaCuO (TbBaCaCuO), Tl-2212 ในการปลูกฟิล์มตัวนำยิ่งยวดแบบเอพิแทกเซียที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันบนพื้นผิวคอมโพสิตแซฟไฟร์เซเรียมออกไซด์ (CeO2) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพลังงานพันธะของ Al-O มีขนาดใหญ่ จึงทำให้การแปรรูปทำได้ยากขึ้น

การประยุกต์ใช้แผ่นเวเฟอร์แซฟไฟร์ระนาบ R/M

ระนาบ R คือพื้นผิวที่ไม่เป็นขั้วของแซฟไฟร์ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของระนาบ R ในอุปกรณ์แซฟไฟร์จึงทำให้คุณสมบัติทางกล ความร้อน ไฟฟ้า และแสงแตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว พื้นผิวแซฟไฟร์แบบ R นิยมใช้สำหรับการตกตะกอนแบบเฮเทอโรเอพิแทกเซียลของซิลิคอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านเซมิคอนดักเตอร์ ไมโครเวฟ และวงจรรวมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการผลิตตะกั่ว ส่วนประกอบตัวนำยิ่งยวดอื่นๆ ตัวต้านทานความต้านทานสูง และแกลเลียมอาร์เซไนด์สำหรับการเติบโตของพื้นผิวแบบ R ได้อีกด้วย ในปัจจุบัน ด้วยความนิยมของสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตคอมพิวเตอร์ พื้นผิวแซฟไฟร์แบบ R ได้เข้ามาแทนที่อุปกรณ์ SAW แบบผสมที่มีอยู่เดิมซึ่งใช้ในสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตคอมพิวเตอร์ โดยเป็นพื้นผิวสำหรับอุปกรณ์ที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้

หากพบการละเมิด โปรดติดต่อเพื่อลบออก