사파이어에 대해 얼마나 알고 있나요?

사파이어 크리스탈순도 99.995% 이상의 고순도 알루미나 분말로 성장합니다. 고순도 알루미나의 최대 수요지역이다. 고강도, 고경도, 안정적인 화학적 특성 등의 장점을 가지고 있습니다. 고온, 부식, 충격 등 가혹한 환경에서도 작동 가능합니다. 이는 국방 및 민간 기술, 마이크로 전자 기술 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

고순도 알루미나 분말부터 사파이어 크리스탈까지

사파이어의 주요 용도

LED 기판은 사파이어의 가장 큰 응용 분야입니다. LED를 조명에 적용하는 것은 형광등, 에너지 절약형 램프에 이어 제3의 혁명이다. LED의 원리는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 것입니다. 반도체에 전류가 흐르면 정공과 전자가 결합하고 남는 에너지는 빛 에너지로 방출되어 최종적으로 발광 효과를 발휘합니다.LED 칩 기술기반으로합니다에피택셜 웨이퍼. 기판에 증착된 가스 물질 층을 통해 기판 재료는 주로 실리콘 기판을 포함하며,탄화 규소 기판그리고 사파이어 기판. 그중 사파이어 기판은 다른 두 기판 방법에 비해 분명한 이점을 가지고 있습니다. 사파이어 기판의 장점은 주로 장치 안정성, 성숙한 준비 기술, 가시광선 비흡수, 우수한 광선 투과율 및 적당한 가격에 반영됩니다. 데이터에 따르면 전 세계 LED 기업의 80%가 사파이어를 기판 소재로 사용하고 있다.

위에서 언급한 분야 외에도 사파이어 크리스탈은 휴대폰 화면, 의료 장비, 보석 장식 및 기타 분야에도 사용될 수 있습니다. 또한 렌즈, 프리즘 등 다양한 과학 탐지 장비의 창 재료로도 사용할 수 있습니다.

사파이어 결정의 준비

1964년에 Poladino, AE와 Rotter, BD는 이 방법을 사파이어 결정의 성장에 처음으로 적용했습니다. 지금까지 수많은 고품질 사파이어 크리스탈이 생산되었습니다. 원리는 먼저 원료를 녹는점까지 가열하여 용융물을 형성한 다음 단결정 종자(즉, 종자 결정)를 사용하여 용융물의 표면과 접촉시키는 것입니다. 온도차로 인해 종결정과 용융물 사이의 고액 계면이 과냉각되므로 용융물이 종결정 표면에서 응고되기 시작하여 종결정과 동일한 결정 구조를 갖는 단결정이 성장하기 시작합니다.종자 결정. 동시에, 종자 결정은 천천히 위쪽으로 당겨지고 특정 속도로 회전합니다. 종결정을 끌어당김에 따라 용융물은 고액계면에서 점차 응고되어 단결정이 형성됩니다. 종결정(seed crystal)을 끌어당겨 용융물로부터 결정을 성장시키는 방법으로, 용융물로부터 고품질의 단결정을 제조할 수 있다. 일반적으로 사용되는 결정 성장 방법 중 하나입니다.

Czochralski 방법을 사용하여 결정을 성장시키는 장점은 다음과 같습니다.

(1) 성장 속도가 빠르고, 단시간에 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다. 

(2) 결정은 용융물 표면에서 성장하고 도가니 벽과 접촉하지 않으므로 결정의 내부 응력을 효과적으로 줄이고 결정 품질을 향상시킬 수 있습니다. 

그러나 이러한 결정 성장 방법의 가장 큰 단점은 성장할 수 있는 결정의 직경이 작아서 큰 크기의 결정 성장에 도움이 되지 않는다는 점이다.

사파이어 크리스탈 성장을 위한 Kyropoulos 방법

1926년 Kyropouls가 발명한 Kyropoulos 방법을 KY 방법이라고 합니다. 그 원리는 초크랄스키(Czochralski) 방법과 유사합니다. 즉, 종자 결정을 용융물 표면에 접촉시킨 후 천천히 위로 끌어당기는 것입니다. 그러나 종결정을 일정 시간 위로 끌어 올려 결정목을 형성한 후, 용융물과 종정 계면의 응고속도가 안정된 후에는 종결정이 더 이상 끌어올려지거나 회전하지 않게 된다. 단결정은 냉각속도를 조절하여 위에서 아래로 점차 응고되며, 최종적으로는단결정형성된다.

키블링 공정으로 생산된 제품은 고품질, 낮은 결함 밀도, 큰 크기 및 더 나은 비용 효율성이라는 특징을 가지고 있습니다.

가이드 몰드 방식에 의한 사파이어 결정 성장

특수 결정 성장 기술로서 가이드 몰드 방식은 다음과 같은 원리로 사용됩니다. 고융점 용융물을 몰드에 넣어서 몰드의 모세관 현상에 의해 용융물이 몰드 위로 흡입되어 종자 결정과 접촉됩니다. , 종자결정을 끌어당기고 계속 응고하는 과정에서 단결정이 형성될 수 있다. 동시에, 금형의 모서리 크기와 모양은 결정 크기에 특정 제한을 둡니다. 따라서 이 방법은 적용 공정에 특정 제한이 있으며 관형 및 U자형과 같은 특수한 모양의 사파이어 크리스탈에만 적용 가능합니다.

열교환 방식에 의한 사파이어 결정 성장

대형 사파이어 결정을 제조하기 위한 열교환 방법은 1967년 Fred Schmid와 Dennis에 의해 발명되었습니다. 열교환 방법은 단열 효과가 좋고 용융물과 결정의 온도 구배를 독립적으로 제어할 수 있으며 제어성이 좋으며 전위가 낮고 크기가 큰 사파이어 결정을 성장시키기가 더 쉽습니다.

사파이어 결정을 성장시키기 위해 열교환 방식을 사용하는 장점은 결정 성장 중에 도가니, 결정, 히터가 움직이지 않아 키보 방식과 풀링 방식의 신축 작용이 없어 인간의 간섭 요인이 줄어들어 결정이 발생하는 것을 피할 수 있다는 점입니다. 기계적 움직임으로 인한 결함; 동시에 냉각 속도를 제어하여 결정 열 응력과 그에 따른 결정 균열 및 전위 결함을 줄이고 더 큰 결정을 성장시킬 수 있습니다. 운영하기가 더 쉽고 개발 전망이 좋습니다.

참고자료:

[1] 주진펑(Zhu Zhenfeng). Diamond Wire Saw Slicing에 의한 사파이어 결정의 표면 형태 및 균열 손상에 관한 연구

[2] 창희. 대형 사파이어 결정 성장 기술 응용 연구

[3] 장쉐핑. 사파이어 결정 성장 및 LED 응용 연구

[4] 류지에. 사파이어 크리스탈 준비 방법 및 특성 개요