არსებობს თუ არა განსხვავებები საფირონის ვაფლების გამოყენებაში სხვადასხვა კრისტალური ორიენტაციით?

საფირონი არის ალუმინის ერთკრისტალი, მიეკუთვნება სამმხრივ კრისტალურ სისტემას, ექვსკუთხა სტრუქტურით, მისი კრისტალური სტრუქტურა შედგება სამი ჟანგბადის ატომისა და ორი ალუმინის ატომისგან კოვალენტური ბმის ტიპის, ძალიან მჭიდროდ განლაგებული, ძლიერი შემაკავშირებელი ჯაჭვითა და ბადისებრი ენერგიით, ხოლო მისი კრისტალური შიდა ნაწილი თითქმის არ შეიცავს მინარევებს ან დეფექტებს, ამიტომ მას აქვს შესანიშნავი ელექტროიზოლაცია, გამჭვირვალობა, კარგი თბოგამტარობა და მაღალი სიმტკიცის მახასიათებლები. ფართოდ გამოიყენება როგორც ოპტიკური ფანჯრისა და მაღალი ხარისხის სუბსტრატის მასალა. თუმცა, საფირონის მოლეკულური სტრუქტურა რთულია და ანიზოტროპიაა, და შესაბამის ფიზიკურ თვისებებზე გავლენა ასევე ძალიან განსხვავებულია სხვადასხვა კრისტალური მიმართულებით დამუშავებისა და გამოყენებისთვის, ამიტომ გამოყენებაც განსხვავებულია. ზოგადად, საფირონის სუბსტრატები ხელმისაწვდომია C, R, A და M სიბრტყის მიმართულებით.

გამოყენებაC-სიბრტყის საფირონის ვაფლი

გალიუმის ნიტრიდი (GaN), როგორც ფართო ზოლური უფსკრულის მქონე მესამე თაობის ნახევარგამტარს, ახასიათებს ფართო პირდაპირი ზოლური უფსკრული, ძლიერი ატომური ბმა, მაღალი თბოგამტარობა, კარგი ქიმიური სტაბილურობა (თითქმის არ კოროდირებულია არცერთი მჟავით) და ძლიერი ანტი-გამოსხივების უნარი და ფართო პერსპექტივები აქვს ოპტოელექტრონიკის, მაღალი ტემპერატურისა და სიმძლავრის მოწყობილობებისა და მაღალი სიხშირის მიკროტალღური მოწყობილობების გამოყენებაში. თუმცა, GaN-ის მაღალი დნობის ტემპერატურის გამო, დიდი ზომის მონოკრისტალური მასალების მიღება რთულია, ამიტომ გავრცელებული გზაა ჰეტეროეპიტაქსიური ზრდის ჩატარება სხვა სუბსტრატებზე, რაც უფრო მაღალ მოთხოვნებს შეიცავს სუბსტრატის მასალების მიმართ.

შედარებითსაფირონის სუბსტრატისხვა კრისტალური ზედაპირების შემთხვევაში, C-სიბრტყის (<0001> ორიენტაცია) საფირონის ვაფლსა და Ⅲ-Ⅴ და Ⅱ-Ⅵ ჯგუფებში (მაგალითად, GaN) დალექილ ფენებს შორის ბადის მუდმივას შეუსაბამობის მაჩვენებელი შედარებით მცირეა და ამ ორსა დაAlN ფილმებიბუფერული ფენის სახით გამოსაყენებელი მასალა კიდევ უფრო მცირეა და აკმაყოფილებს GaN-ის კრისტალიზაციის პროცესში მაღალი ტემპერატურისადმი წინააღმდეგობის მოთხოვნებს. ამიტომ, ის GaN-ის ზრდისთვის გავრცელებული სუბსტრატის მასალაა, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია თეთრი/ლურჯი/მწვანე LED-ების, ლაზერული დიოდების, ინფრაწითელი დეტექტორების და ა.შ. დასამზადებლად.

აღსანიშნავია, რომ C-სიბრტყის საფირონის სუბსტრატზე გაზრდილი GaN აპკი იზრდება მისი პოლარული ღერძის გასწვრივ, ანუ C-ღერძის მიმართულებით, რაც არა მხოლოდ ზრდისა და ეპიტაქსიის პროცესის, შედარებით დაბალი ღირებულების, სტაბილური ფიზიკური და ქიმიური თვისებების, არამედ უკეთესი დამუშავების მაჩვენებლის მატარებელია. C-ორიენტირებული საფირონის ვაფლის ატომები დაკავშირებულია O-al-al-o-al-O განლაგებით, ხოლო M-ორიენტირებული და A-ორიენტირებული საფირონის კრისტალები დაკავშირებულია al-O-al-O-სთან. რადგან Al-Al-ს აქვს უფრო დაბალი შეკავშირების ენერგია და უფრო სუსტი შეკავშირება, ვიდრე Al-O-ს, M-ორიენტირებულ და A-ორიენტირებულ საფირონის კრისტალებთან შედარებით, C-საფირონის დამუშავება ძირითადად Al-Al გასაღების გახსნას ისახავს მიზნად, რომელიც უფრო ადვილია დასამუშავებლად და შეიძლება მიღწეული იქნას უფრო მაღალი ზედაპირის ხარისხი, შემდეგ კი უკეთესი გალიუმის ნიტრიდის ეპიტაქსიური ხარისხი, რამაც შეიძლება გააუმჯობესოს ულტრამაღალი სიკაშკაშის თეთრი/ლურჯი LED-ის ხარისხი. მეორე მხრივ, C-ღერძის გასწვრივ გაზრდილ ფირებს აქვთ სპონტანური და პიეზოელექტრული პოლარიზაციის ეფექტები, რაც იწვევს ფირების შიგნით ძლიერ შიდა ელექტრულ ველს (აქტიური ფენის კვანტური ჭები), რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს GaN ფირების მანათობელ ეფექტურობას.

A-სიბრტყის საფირონის ვაფლიაპლიკაცია

შესანიშნავი ყოვლისმომცველი მახასიათებლების, განსაკუთრებით შესანიშნავი გამტარობის გამო, საფირონის მონოკრისტალს შეუძლია გააძლიეროს ინფრაწითელი შეღწევადობის ეფექტი და გახდეს იდეალური შუა ინფრაწითელი ფანჯრის მასალა, რომელიც ფართოდ გამოიყენება სამხედრო ფოტოელექტრულ აღჭურვილობაში. სადაც A საფირონი არის პოლარული სიბრტყე (C სიბრტყე) ზედაპირის ნორმალური მიმართულებით, ეს არის არაპოლარული ზედაპირი. ზოგადად, A-ორიენტირებული საფირონის კრისტალის ხარისხი უკეთესია, ვიდრე C-ორიენტირებული კრისტალის, ნაკლები დისლოკაციით, ნაკლები მოზაიკური სტრუქტურით და უფრო სრულყოფილი კრისტალური სტრუქტურით, ამიტომ მას აქვს უკეთესი სინათლის გამტარობა. ამავდროულად, a სიბრტყეზე Al-O-Al-O ატომური ბმის რეჟიმის გამო, A-ორიენტირებული საფირონის სიმტკიცე და ცვეთისადმი წინააღმდეგობა მნიშვნელოვნად მაღალია C-ორიენტირებულ საფირონთან შედარებით. ამიტომ, A-მიმართულების ჩიპები ძირითადად გამოიყენება ფანჯრის მასალებად; გარდა ამისა, საფირონს ასევე აქვს ერთგვაროვანი დიელექტრიკული მუდმივი და მაღალი იზოლაციის თვისებები, ამიტომ მისი გამოყენება შესაძლებელია ჰიბრიდულ მიკროელექტრონულ ტექნოლოგიაში, ასევე შესანიშნავი გამტარების ზრდისთვის, როგორიცაა TlBaCaCuO2 (TbBaCaCuO2)-ის გამოყენება, Tl-2212, ჰეტეროგენული ეპიტაქსიური ზეგამტარი ფირების ზრდა ცერიუმის ოქსიდის (CeO2) საფირონის კომპოზიტურ სუბსტრატზე. თუმცა, ასევე Al-O-ს მაღალი ბმის ენერგიის გამო, მისი დამუშავება უფრო რთულია.

გამოყენებაR/M ბრტყელი საფირონის ვაფლი

R-სიბრტყე საფირონის არაპოლარული ზედაპირია, ამიტომ საფირონის მოწყობილობაში R-სიბრტყის პოზიციის ცვლილება მას სხვადასხვა მექანიკურ, თერმულ, ელექტრულ და ოპტიკურ თვისებებს ანიჭებს. ზოგადად, R-ზედაპირის საფირონის სუბსტრატი სასურველია სილიციუმის ჰეტეროეპიტაქსიური დეპონირებისთვის, ძირითადად ნახევარგამტარული, მიკროტალღური და მიკროელექტრონული ინტეგრირებული სქემების აპლიკაციებისთვის, ტყვიის, სხვა ზეგამტარი კომპონენტების, მაღალი წინაღობის რეზისტორების წარმოებაში, გალიუმის არსენიდი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას R-ტიპის სუბსტრატის გასაზრდელად. ამჟამად, სმარტფონებისა და პლანშეტური კომპიუტერული სისტემების პოპულარობით, R-ზედაპირის საფირონის სუბსტრატმა ჩაანაცვლა სმარტფონებისა და პლანშეტური კომპიუტერებისთვის გამოყენებული არსებული ნაერთი SAW მოწყობილობები, რაც უზრუნველყოფს სუბსტრატს მოწყობილობებისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ მუშაობის გაუმჯობესება.

თუ დარღვევაა, დაუკავშირდით წაშლას