รายละเอียดบล็อก

แซฟไฟร์ (Al₂O₃) เป็นมากกว่าอัญมณี—มันทำหน้าที่เป็นวัสดุพื้นฐานในออปโตอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่และการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ความโปร่งใสทางแสงที่ยอดเยี่ยม ความเสถียรทางความร้อน และความแข็งทางกลไก ทำให้เป็นพื้นผิวที่ต้องการสำหรับ LED ที่ใช้ GaN, จอแสดงผล Micro-LED, ไดโอดเลเซอร์ และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง การทำความเข้าใจว่าพื้นผิวแซฟไฟร์ถูกผลิตและนำไปใช้อย่างไรช่วยอธิบายว่าทำไมพวกมันยังคงเป็นรากฐานของเทคโนโลยีล้ำสมัย

1. การเติบโตของคริสตัล: รากฐานของคุณภาพพื้นผิวแซฟไฟร์

คุณสมบัติของพื้นผิวแซฟไฟร์ถูกกำหนดโดยคุณภาพของผลึกเดี่ยวที่อยู่ข้างใต้ วิธีการเติบโตของคริสตัลหลายวิธีถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม โดยแต่ละวิธีถูกปรับให้เหมาะกับขนาด คุณภาพ และข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ

วิธี Kyropoulos (KY)

• ผลิตคริสตัลเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่มีความเครียดภายในต่ำ

• ให้ความสม่ำเสมอและความคมชัดทางแสงที่ดีเยี่ยม

• เหมาะสำหรับเวเฟอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 12 นิ้ว

วิธี Czochralski (CZ)

• คริสตัลถูกดึงออกจากแซฟไฟร์หลอมเหลวในขณะที่หมุนเพื่อควบคุมรูปร่าง

• ให้ความเสถียรในการเติบโตสูง แต่อาจทำให้เกิดความเครียดสูงกว่าเมื่อเทียบกับ KY

• โดยทั่วไปใช้สำหรับเวเฟอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าและการใช้งานที่คำนึงถึงต้นทุน

วิธี Edge-Defined Film-Fed Growth (EFG)

• เติบโตโดยตรงเป็นแท่งแซฟไฟร์รูปทรง (ริบบิ้นหรือท่อ)

• ช่วยให้มีรูปร่างที่ซับซ้อนหรือไม่เป็นวงกลมสำหรับส่วนประกอบออปโตอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะ

• ใช้กันทั่วไปในหน้าต่าง LED และพื้นผิวแสง

แต่ละวิธีส่งผลกระทบต่อความหนาแน่นของข้อบกพร่อง ความสม่ำเสมอของแลตทิซ และความโปร่งใส ซึ่งส่งผลต่อผลผลิตและประสิทธิภาพของอุปกรณ์

2. การประมวลผลที่แม่นยำ: จากเวเฟอร์สู่พื้นผิวพร้อมใช้งานสำหรับอุปกรณ์

หลังจากการเติบโตของคริสตัล แท่งแซฟไฟร์จะผ่านขั้นตอนการประมวลผลที่แม่นยำหลายขั้นตอนเพื่อสร้างพื้นผิวที่ใช้งานได้:

การวางแนวและการคว้าน

• เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์หรือแสงกำหนดการวางแนวคริสตัล

• การวางแนวทั่วไป: C-plane (0001), A-plane (11-20), R-plane (1-102)

• การวางแนวส่งผลต่อการเติบโตแบบอีพิแทกเซียล คุณสมบัติทางแสง และประสิทธิภาพทางกลไก

การหั่นเวเฟอร์

• เลื่อยลวดเพชรผลิตเวเฟอร์ที่มีความเสียหายใต้พื้นผิวเพียงเล็กน้อย

• ตัวชี้วัดหลัก: การเปลี่ยนแปลงความหนารวม (TTV), โค้ง, บิดงอ

การเจียรและลบมุมสองด้าน

• รับประกันความหนาสม่ำเสมอและเสริมความแข็งแรงของขอบเพื่อป้องกันการบิ่นในระหว่างการประมวลผลในภายหลัง

การขัดเงาทางเคมีเชิงกล (CMP)

• มีความสำคัญในการลดความหยาบของพื้นผิว (Ra < 0.2 nm) และกำจัดรอยขีดข่วนขนาดเล็กผลิตพื้นผิวที่เรียบเป็นพิเศษและปราศจากข้อบกพร่อง ซึ่งจำเป็นสำหรับการเติบโตแบบอีพิแทกซี GaN คุณภาพสูง

• การทำความสะอาดและการควบคุมการปนเปื้อน

การทำความสะอาดด้วยสารเคมีหลายขั้นตอนและน้ำบริสุทธิ์พิเศษช่วยให้มั่นใจได้ถึงพื้นผิวที่ปราศจากอนุภาคและปราศจากโลหะ เหมาะสำหรับอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง

• 3. คุณสมบัติวัสดุหลักของพื้นผิวแซฟไฟร์

พื้นผิวแซฟไฟร์คุณภาพสูงมี:

ความทนทานทางกลไก:

• ความแข็ง Mohs 9 ให้ความทนทานต่อรอยขีดข่วนได้ดีเยี่ยมความโปร่งใสทางแสง:

• การส่งผ่านสูงในช่วง UV, มองเห็นได้ และใกล้เคียงอินฟราเรดความเสถียรทางความร้อนและสารเคมี:

• สามารถทนต่อการเติบโตแบบอีพิแทกซีที่อุณหภูมิสูงและกระบวนการทางเคมีที่รุนแรงความเข้ากันได้แบบอีพิแทกเซียล:

• รองรับการเติบโตของ GaN แม้ว่าจะมีความคลาดเคลื่อนของแลตทิซ โดยมีเทคนิคที่สร้างขึ้นเช่น ELOG ช่วยลดความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อน4. ระบบนิเวศการใช้งาน

LED

C-plane sapphire ยังคงเป็นพื้นผิวหลักสำหรับ LED ที่ใช้ GaN

• พื้นผิวแซฟไฟร์แบบมีลวดลาย (PSS) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสกัดแสงและปรับปรุงคุณภาพแบบอีพิแทกเซียล

• จอแสดงผล Micro-LED

AR/VR, HUD ในรถยนต์ และอุปกรณ์สวมใส่ใช้ Micro-LEDs ที่มีชิปขนาดไมครอน

• พื้นผิวแซฟไฟร์ช่วยให้ยกเลเซอร์ออก, การถ่ายโอนความหนาแน่นสูง และการจัดตำแหน่งที่แม่นยำ

• ไดโอดเลเซอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูง

ทำหน้าที่เป็นฐานที่มั่นคงสำหรับไดโอดเลเซอร์ GaN

• ให้การจัดการความร้อนและการรองรับทางกลไกสำหรับอุปกรณ์พลังงาน GaN และ SiC

• หน้าต่างแสงและกระจกป้องกัน

หน้าต่างโปร่งใส UV และ IR

• ฝาครอบกล้อง, เซ็นเซอร์ และช่องสังเกตการณ์แรงดันสูง

• ส่วนประกอบอุตสาหกรรมและการแพทย์ที่แม่นยำ

ส่วนประกอบแซฟไฟร์สำหรับวาล์ว, เครื่องมือผ่าตัด และชิ้นส่วนกลไกที่สึกหรอสูง

• 5. แนวโน้มในอนาคต

ขนาดเวเฟอร์ที่ใหญ่ขึ้น (8–12 นิ้ว):

• ขับเคลื่อนโดย Micro-LED และการผลิต LED รุ่นต่อไปพื้นผิวที่มีข้อบกพร่องต่ำเป็นพิเศษ:

• เป้าหมายรวมถึง Ra < 0.1 nm, ไม่มีรอยขีดข่วนขนาดเล็ก, ความเสียหายใต้พื้นผิวน้อยที่สุดเวเฟอร์บางและแข็งแรงทางกลไก: จำเป็นสำหรับจอแสดงผลแบบยืดหยุ่นและอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด

• การรวมแบบเฮเทอโรจีนัส: GaN-on-Sapphire, AlN-on-Sapphire และ SiC-on-Sapphire ช่วยให้มีสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ใหม่

• ความก้าวหน้าในการเติบโตของคริสตัล การขัดเงา และวิศวกรรมพื้นผิวช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทางแสง ทางกลไก และอิเล็กทรอนิกส์ของพื้นผิวแซฟไฟร์อย่างต่อเนื่อง ทำให้มั่นใจได้ถึงบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์และเซมิคอนดักเตอร์รุ่นต่อไปบทสรุป

พื้นผิวแซฟไฟร์

รวมความโปร่งใสทางแสง ความเสถียรทางความร้อน และความแข็งแรงทางกลไกที่ไม่มีใครเทียบได้ ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับ LED, Micro-LED, ไดโอดเลเซอร์ และอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์อื่นๆ นวัตกรรมในการเติบโตของคริสตัลและการประมวลผลที่แม่นยำได้ขยายระบบนิเวศการใช้งาน ตั้งแต่เวเฟอร์เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ไปจนถึงโครงสร้างแบบมีลวดลายและแบบผสม ในขณะที่เทคโนโลยีพัฒนาขึ้น แซฟไฟร์ยังคงเป็นสิ่งจำเป็นในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และโฟโตนิกส์ ขับเคลื่อนประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือ