Que savez-vous sur Sapphire?

Cristal saphirest cultivé à partir de poudre d'alumine de haute pureté avec une pureté de plus de 99,995%. Il s'agit de la plus grande zone de demande d'alumine de haute pureté. Il présente les avantages d'une forte résistance, d'une dureté élevée et de propriétés chimiques stables. Il peut fonctionner dans des environnements difficiles tels que la température élevée, la corrosion et l'impact. Il est largement utilisé dans la technologie de défense et civile, la technologie de microélectronique et d'autres domaines.

De la poudre d'alumine de haute pureté au cristal saphir

Applications clés du saphir

Le substrat LED est la plus grande application de saphir. L'application de LED dans l'éclairage est la troisième révolution après des lampes fluorescentes et des lampes à économie d'énergie. Le principe de LED est de convertir l'énergie électrique en énergie lumineuse. Lorsque le courant passe à travers le semi-conducteur, les trous et les électrons se combinent et l'excès d'énergie est libéré sous forme d'énergie lumineuse, produisant enfin l'effet de l'éclairage lumineux.Technologie des puces LEDest basé surtranches épitaxiales. À travers des couches de matériaux gazeux déposés sur le substrat, les matériaux de substrat comprennent principalement le substrat de silicium,substrat en carbure de siliciumet substrat saphir. Parmi eux, le substrat saphir a des avantages évidents sur les deux autres méthodes de substrat. Les avantages du substrat saphir se reflètent principalement dans la stabilité des dispositifs, la technologie de préparation mature, la non-absorption de la lumière visible, une bonne transmittance de la lumière et un prix modéré. Selon les données, 80% des entreprises LED du monde utilisent le saphir comme matériel de substrat.

En plus du champ susmentionné, les cristaux saphir peuvent également être utilisés dans les écrans de téléphone mobile, l'équipement médical, la décoration de bijoux et d'autres champs. De plus, ils peuvent également être utilisés comme matériaux de fenêtre pour divers instruments de détection scientifique tels que les lentilles et les prismes.

Préparation des cristaux saphir

En 1964, Poladino, AE et Rotter, BD ont d'abord appliqué cette méthode à la croissance des cristaux saphir. Jusqu'à présent, un grand nombre de cristaux saphir de haute qualité ont été produits. Le principe est: Premièrement, les matières premières sont chauffées au point de fusion pour former une fonte, puis une graine de cristal unique (c'est-à-dire le cristal de graines) est utilisée pour contacter la surface de la fusion. En raison de la différence de température, l'interface solide-liquide entre le cristal des graines et la fonte est surfoncée, de sorte que la fonte commence à se solidifier à la surface du cristal de graines et commence à pousser un seul cristal avec la même structure cristalline que lacristal de graines. Dans le même temps, le cristal de graines est lentement tiré vers le haut et tourné à une certaine vitesse. Lorsque le cristal de graines est tiré, la fonte se solidifie progressivement à l'interface solide-liquide, puis un seul cristal est formé. Il s'agit d'une méthode de croissance des cristaux à partir d'une fonte en tirant un cristal de graines, qui peut préparer des monocristaux de haute qualité de la fusion. C'est l'une des méthodes de croissance cristalline couramment utilisées.

Les avantages de l'utilisation de la méthode Czochralski pour faire pousser des cristaux sont:

(1) le taux de croissance est rapide et des monocristaux de haute qualité peuvent être cultivés en peu de temps; 

(2) Le cristal pousse à la surface de la fusion et ne contacte pas la paroi du creuset, qui peut réduire efficacement la contrainte interne du cristal et améliorer la qualité des cristaux. 

Cependant, un inconvénient majeur de cette méthode de croissance des cristaux est que le diamètre du cristal qui peut être cultivé est petit, ce qui n'est pas propice à la croissance de cristaux de grande taille.

Méthode de Kyropoulos pour cultiver des cristaux de saphir

La méthode de Kyropoulos, inventée par Kyropouls en 1926, est appelée méthode KY. Son principe est similaire à celui de la méthode Czochralski, c'est-à-dire que le cristal de graines est mis en contact avec la surface de la fusion puis tiré lentement vers le haut. Cependant, une fois que le cristal de graines est tiré vers le haut pendant une période de temps pour former un col de cristal, le cristal de graines n'est plus tiré ou tourné après la vitesse de solidification de l'interface entre la fusion et le cristal de graine est stable. Le monocristal est progressivement solidifié de haut en bas en contrôlant la vitesse de refroidissement, et enfin unmonocristalest formé.

Les produits produits par le procédé de crofure ont les caractéristiques d'une densité de haute qualité, à faible défaut, de grande taille et d'une meilleure rentabilité.

Croissance des cristaux saphir par méthode de moisissure guidée

En tant que technologie spéciale de croissance des cristaux, la méthode de moisissure guidée est utilisée dans le principe suivant: en plaçant une fonte de fusion élevée dans le moule, la fonte est aspirée sur le moule par l'action capillaire du moule pour atteindre le contact avec le cristal de graines, et un seul cristal peut être formé pendant la traction des cristaux de graines et une solidification continue. Dans le même temps, la taille du bord et la forme du moule ont certaines restrictions sur la taille du cristal. Par conséquent, cette méthode a certaines limites dans le processus d'application et ne s'applique qu'aux cristaux de saphir de forme spéciale tels que tubulaires et en forme de U.

Croissance des cristaux saphir par méthode d'échange de chaleur

La méthode d'échange de chaleur pour préparer des cristaux de saphir de grande taille a été inventée par Fred Schmid et Dennis en 1967. La méthode d'échange de chaleur a un bon effet d'isolation thermique, peut contrôler indépendamment le gradient de température de la fusion et du cristal, a une bonne contrôlabilité et est plus facile à développer des cristaux de saphir avec une faible luxation et une grande taille.

L'avantage de l'utilisation de la méthode d'échange de chaleur pour cultiver des cristaux saphir est que le creuset, le cristal et le radiateur ne se déplacent pas pendant la croissance des cristaux, éliminant l'action d'étirement de la méthode Kyvo et la méthode de traction, réduisant les facteurs d'interférence humaine, et évitant ainsi les défauts de cristal causés par le mouvement mécanique; Dans le même temps, la vitesse de refroidissement peut être contrôlée pour réduire la contrainte thermique cristalline et les défauts de fissuration et de dislocation des cristaux qui en résultent, et peuvent faire croître des cristaux plus grands. Il est plus facile à utiliser et a de bonnes perspectives de développement.

Sources de référence:

[1] Zhu Zhenfeng. Recherche sur la morphologie de la surface et les dommages causés par les fissures des cristaux saphir par la scie à fil de diamant tranchant

[2] Chang Hui. Recherche d'application sur la technologie de croissance des cristaux de saphir de grande taille

[3] Zhang Xueping. Recherche sur la croissance des cristaux saphir et l'application LED

[4] Liu Jie. Aperçu des méthodes et caractéristiques de préparation des cristaux saphir