Seberapa banyak yang Anda ketahui tentang Sapphire?

Sapphire CrystalTumbuh dari bubuk alumina kemurnian tinggi dengan kemurnian lebih dari 99,995%. Ini adalah area permintaan terbesar untuk alumina dengan kemurnian tinggi. Ini memiliki keunggulan kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, dan sifat kimia yang stabil. Ini dapat bekerja di lingkungan yang keras seperti suhu tinggi, korosi, dan dampak. Ini banyak digunakan dalam teknologi pertahanan dan sipil, teknologi mikroelektronika dan bidang lainnya.

Dari bubuk alumina dengan kemurnian tinggi hingga kristal safir

Aplikasi utama safir

Substrat LED adalah aplikasi safir terbesar. Penerapan LED dalam pencahayaan adalah revolusi ketiga setelah lampu neon dan lampu hemat energi. Prinsip LED adalah untuk mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. Ketika arus melewati semikonduktor, lubang dan elektron bergabung, dan kelebihan energi dilepaskan sebagai energi cahaya, akhirnya menghasilkan efek pencahayaan bercahaya.Teknologi Chip LEDdidasarkan padaWafer epitaxial. Melalui lapisan bahan gas yang diendapkan pada substrat, bahan substrat terutama mencakup substrat silikon,Substrat silikon karbidadan substrat safir. Di antara mereka, substrat safir memiliki keunggulan yang jelas dibandingkan dua metode substrat lainnya. Keuntungan dari substrat safir terutama tercermin dalam stabilitas perangkat, teknologi persiapan matang, non-penyerapan cahaya yang terlihat, transmisi cahaya yang baik, dan harga sedang. Menurut data, 80% perusahaan LED di dunia menggunakan Sapphire sebagai bahan substrat.

Selain bidang yang disebutkan di atas, kristal safir juga dapat digunakan di layar ponsel, peralatan medis, dekorasi perhiasan dan bidang lainnya. Selain itu, mereka juga dapat digunakan sebagai bahan jendela untuk berbagai instrumen deteksi ilmiah seperti lensa dan prisma.

Persiapan Kristal Sapphire

Pada tahun 1964, Poladino, AE dan Rotter, BD pertama kali menerapkan metode ini pada pertumbuhan kristal safir. Sejauh ini, sejumlah besar kristal safir berkualitas tinggi telah diproduksi. Prinsipnya adalah: Pertama, bahan baku dipanaskan ke titik leleh untuk membentuk leleh, dan kemudian biji kristal tunggal (mis., Kristal biji) digunakan untuk menghubungi permukaan leleh. Karena perbedaan suhu, antarmuka padat-cair antara kristal biji dan lelehan sangat dingin, sehingga lelehan mulai memadat pada permukaan kristal biji dan mulai menumbuhkan kristal tunggal dengan struktur kristal yang sama denganKristal biji. Pada saat yang sama, kristal biji perlahan ditarik ke atas dan diputar pada kecepatan tertentu. Saat kristal biji ditarik, lelehan secara bertahap menguat pada antarmuka padat-cair, dan kemudian kristal tunggal terbentuk. Ini adalah metode tumbuh kristal dari lelehan dengan menarik kristal biji, yang dapat menyiapkan kristal tunggal berkualitas tinggi dari lelehan. Ini adalah salah satu metode pertumbuhan kristal yang umum digunakan.

Keuntungan menggunakan metode czochralski untuk menumbuhkan kristal adalah:

(1) laju pertumbuhan cepat, dan kristal tunggal berkualitas tinggi dapat ditanam dalam waktu singkat; 

(2) Kristal tumbuh pada permukaan lelehan dan tidak menghubungi dinding wadah, yang secara efektif dapat mengurangi tegangan internal kristal dan meningkatkan kualitas kristal. 

Namun, kerugian utama dari metode tumbuh kristal ini adalah bahwa diameter kristal yang dapat ditanam kecil, yang tidak kondusif untuk pertumbuhan kristal berukuran besar.

Metode Kyropoulos untuk menumbuhkan kristal safir

Metode Kyropoulos, ditemukan oleh Kyropouls pada tahun 1926, disebut sebagai metode KY. Prinsipnya mirip dengan metode Czochralski, yaitu, kristal biji dibawa ke kontak dengan permukaan leleh dan kemudian secara perlahan menarik ke atas. Namun, setelah kristal biji ditarik ke atas untuk periode waktu untuk membentuk leher kristal, kristal biji tidak lagi ditarik ke atas atau diputar setelah laju solidifikasi antarmuka antara leleh dan kristal biji stabil. Kristal tunggal secara bertahap dipadatkan dari atas ke bawah dengan mengendalikan laju pendinginan, dan akhirnya akristal tunggalterbentuk.

Produk yang diproduksi oleh proses kibbling memiliki karakteristik berkualitas tinggi, kepadatan cacat rendah, ukuran besar, dan efektivitas biaya yang lebih baik.

Pertumbuhan kristal safir dengan metode jamur berpemandu

Sebagai teknologi pertumbuhan kristal khusus, metode cetakan yang dipandu digunakan dalam prinsip berikut: dengan menempatkan titik leleh yang tinggi meleleh ke dalam cetakan, lelehan disedot ke cetakan dengan aksi kapiler cetakan untuk mencapai kontak dengan kristal biji, dan kristal tunggal dapat dibentuk selama penarik kristal biji dan solidifikasi kontinu. Pada saat yang sama, ukuran tepi dan bentuk cetakan memiliki batasan tertentu pada ukuran kristal. Oleh karena itu, metode ini memiliki batasan tertentu dalam proses aplikasi dan hanya berlaku untuk kristal safir berbentuk khusus seperti tubular dan berbentuk U.

Pertumbuhan kristal safir dengan metode pertukaran panas

Metode pertukaran panas untuk menyiapkan kristal safir ukuran besar ditemukan oleh Fred Schmid dan Dennis pada tahun 1967. Metode pertukaran panas memiliki efek isolasi termal yang baik, dapat secara independen mengontrol gradien suhu leleh dan kristal, memiliki kemampuan terkontrol yang baik, dan lebih mudah untuk menumbuhkan kristal sapphire dengan dislokasi rendah dan ukuran besar.

Keuntungan menggunakan metode pertukaran panas untuk menumbuhkan kristal safir adalah bahwa wadah, kristal, dan pemanas tidak bergerak selama pertumbuhan kristal, menghilangkan aksi peregangan metode kyvo dan metode penarikan, mengurangi faktor interferensi manusia, dan dengan demikian menghindari cacat kristal yang disebabkan oleh gerakan mekanis; Pada saat yang sama, laju pendinginan dapat dikontrol untuk mengurangi tegangan termal kristal dan kerusakan kristal dan cacat dislokasi yang dihasilkan, dan dapat menumbuhkan kristal yang lebih besar. Lebih mudah untuk beroperasi dan memiliki prospek pengembangan yang baik.

Sumber referensi:

[1] Zhu Zhenfeng. Penelitian tentang morfologi permukaan dan kerusakan kerusakan kristal safir oleh kawat berlian melihat pengiris

[2] Chang Hui. Penelitian aplikasi tentang teknologi pertumbuhan kristal safir ukuran besar

[3] Zhang Xueping. Penelitian tentang pertumbuhan kristal safir dan aplikasi LED

[4] Liu Jie. Gambaran Umum Metode dan Karakteristik Persiapan Kristal Sapphire