蓝宝石晶体在工业领域的应用（二）

蓝宝石晶体在工业领域的应用（二）

在其它晶体的生长中使用蓝宝石的结构元件。图 1.2[8]中展示了大尺寸的BGO 晶体生长的过程中，种子固定的方法。使用这种装置减少了铂的消耗并提高了寿ming。在用加热器移动法生长·高温晶体时，利用蓝宝石的高导热率，使用大块蓝宝石作固定在水冷棒上的坩埚支撑以利于从坩埚底部散热[9]。

蓝宝石衬底是属于这种材料zui重要的一种结构材料的用途。它被用作像 Si,GaN, AIGaN 这些半导体薄膜的外延生长，和制造集成电路。蓝宝石衬底是惰性的，在高温和机械负荷下工作，可获得大的尺寸。因此，它们甚zhi被用于晶格常数与异相外延结构的参数不能完·全相符的地方。

为了定位方便，衬底配有一个或两个额外的（标记）侧面（图 1.3）。C 平面是用作蓝宝石的 CdS, CdTe, CdSe, GaN, SiC, InAlGaN, 和 LiNbO3 涂层，以及用于某些氧化物（例如：ZnO）和金属薄膜的外延生长。A 平面是用于制作混合微型电路，具有高温超导性的装置和晶体的钴和铁的涂层。

W(110), Au (111)和 V(011).R 平面适合于用异质外延法的 MgO, a‐ZnO, 和 Si涂层蓝宝石（图 1.4）。然而，当 MnO 涂覆到内层上时，其它平面也被涂覆。

(0001)蓝宝石/(111)spine/(111)mgo

(2 ii0)蓝宝石/(111)spine/(111)mgo

在制作“硅涂层蓝宝石”构造时。N 型硅被直接涂复到蓝宝石的 R（1012）平面上或通过一层缓冲层。在归和蓝宝石之间的电子屏障（势垒）是 3.25eV。这一层是从升华的硅源加热到 1,650K 然后沉积到蓝宝石上的，衬底的温度是720~1020K。在低温下，这生长层的方法是[110]；当温度大于 820K 时，它们被定向于[100]方向。在 820K，出现二元取向：硅。

(100),(110) [10].

图 1.2 籽晶固定装置: (1) 蓝宝石管, (2) 籽晶, (3) 蓝宝石棒, (4)刚玉圆锥, (5) 白金衬垫, (6)

白金丝

图 1.3 基础和附加位面的相对位置

图 1.4 蓝宝石 r 平面上的(100)硅膜图解

有纤维锌矿结构的 ZnO，使用(1120)7.0 / (0112) sapphire 和(0001)zno/(01 1 1)sapphire制晶。蓝宝石衬底被用在测量压力，质量和湿度的传感器上，以及 1R 辐射探测

器（蓝宝石上的 HgCdTe 膜) 和其它装置。

在高温超导膜上用双晶体衬底来创建约瑟夫森跃迁。双连晶带在双晶体种子上生长。宽平面的定向是[1102]，晶体的生长方向是[1102]。双晶体的角度是 2 X14° [10]。激光二级管和超亮蓝色和绿色发光二级管(LEDs) 的生产是处于快速发展中。而同样快速发展的是它们的应用领域－从交通灯到早老性痴呆症患者的治疗（用整合蓝色发光二级管的试验装置发出 30 勒克斯光强度来刺激以减轻睡眠和苏醒周期受干扰的程度），明·显归因于降·低了病人身体的温度[11]。蓝色发光二级管使用了异质结构的 GaN/蓝宝石（尽管其晶格失配达到 13%）和GaN/InGaN/GaN/(0001) sapphire。

在氮化物－蓝宝石装置中实现了如下几种的定向关系：

(0001) Al1,1/ ( 000 1 )蓝宝石

(0001)Gad/(0001)蓝宝石

(1120)AiN/(1012)蓝宝石

(1120)GaN/(1012)蓝宝石

( 126)A1N/(1012)蓝宝石

除了其它条件之外，相(1126) 和 (1120)的浓度受到衬底定向障碍的影响。

在 GaN 层中载体（空穴）的浓度达到 1016‐1018cm‐3。当前使用的衬底直径达到 2,3,4 英寸。平面上衬底允许的偏差是 is (0001) ± 0.1°。

蓝光二级管是作为制作白光源的基础来用于替代白炽灯和荧光灯。这些新光源是更为经济的光源；它们的使用寿ming要长几十倍。高量子辐射的产出在光谱的蓝光和绿光区域接近 100 %，使得发光二级管应用于信息显示屏、移动装置、信号装置和其它装置上。

在使用蓝宝石衬底有前途的趋势中，值得一提的是在蓝宝石上生长碳纳·米管的技术。这是一种正在北加州大学开发的方法。这种新的材料似乎对纳·米晶体管和传感器有前途。研究人员已经发现，一个平面蓝宝石的表面本能地排列单墙碳纳·米管成一种有用的图案。没有样板来提供引导生成这种结构，它是自动形成的。

化学器皿如：坩埚、舟皿、量杯、反应器和其它物件(图 1.5) 在成型蓝宝石生长的方法开发出以后就获得采用。由于它的高耐腐蚀性（参见第 2.2 章），这些制品可以在要获取高纯度物质时使用，因为在这种处理过程中，即使，zui微小的所使用的化学容器材料也不允许混入其中。它们也可以用于硬质材料的分散。研磨用的蓝宝石工具如粉碎机、磨料（球形，柱形）、研钵、研棒等也被生产出来。

图 1.5 蓝宝石制成的化学器皿

矩形的蓝宝石透明小容器用在热氟化物熔融光谱试验是不能用任·何其它容器来替代的。

蓝宝石毛细管用在微爆、双晶体生长、微小剂量测量装置和其它应用领域的研究中。在这个领域近年来的技术工艺研究中，生长状态毛细管通道的直径已经从 1mm 降到 0.4mm。

蓝宝石纤维用于创建合成材料，强化金属和陶瓷复合材料。对这些纤维的主要要求是高强度和合理的价格。合成物的纤维生长，其直径在 0.4‐0.7mm。它们的长度大约在 10 倍直径的范围内变化。一种厚度为 4‐6gm 的 SiC0.9900.01 涂层可以提供纤维的强度(图 1.6)[12]。自然，用在合成物中纤维的强度特性可以通过与基质的相互作用来改变。这种变化是以镍基质合成物热稳定性的特征。

除了用于合成物的纤维，也已经生长出直径为 1‐10gm 等级的蓝宝石晶须。在温度达到 1,270K 时，这些晶须的强度高于大多数晶体。从室温到 1870K，晶须的平均强度从 950 kg/mm2 下降到 150 kg/mm2 。用蓝宝石晶须增强来提·升铝基质的强度可达 5 倍之多；在基质的 0.9T，复合物保留了相当大的强度。由铝粉(83.7%)、硅粉(6.3%)和蓝宝石晶须(10%)组成的复合物在 810K 进行压制，其极·限强度可以达到 67.5 kg mm2 (不用晶须时，极·限强度为 33.5 kg/mm2)。蓝宝石晶须也可以用来制成密度为 0.02 g/cm3 的绝热垫，能用于 2,270 K 的高温。

蓝宝石磨料(a‐Al203) 晶粒是一种十·分锐利的磨削，耐用的喷砂磨料可以回收使用多次。因为其价格和长寿ming和硬度，这种粒子被广泛使用于喷砂整理和表面处理。它比其它常用喷砂材料、氧化铝颗粒更硬，甚zhi能刺入和切割zui硬的金属和硬质合金。

大约比金属的介质要轻 50%，每磅氧化铝要有两倍的颗粒。由于消·除了重而慢的切割介质所造成的表面应力，快速切割使切割薄材料的危险降到zui小。

氧化铝有广泛的应用范围，从清洗引擎头、阀门、活塞和航空工业的汽轮机叶片到在碑石上刻字和标记批注。它也经常用在镀锡板的表面精密整理，以及清洗和处理金属喷涂、电镀和焊接的零件。磨粒的尺寸越大，就切割得越快，但是要考虑到穿孔和孔的尺寸，在使用以后要用滤网将介质与零件分开时，磨粒必须能通过滤网的孔。棕色氧化铝的标准网目尺寸是 12/36/60/80/120/220；白色氧化铝的标准网目尺寸是 36/60/80/ 100/120/220/240。

分散的硬质复合材料是由一种基体（例如：铝或镍）其中引入高熔点和高强度元素的粒子（例如：刚玉粒子）。引入到铝或镍基体中，细密分散的刚玉粒子的数量一般为质量的 2.5‐10%。CD 光盘是由聚碳酸酯制成的。按照作者的看法，在zui近的将来，将会开发出蓝宝石光盘来长期储存重要的信息。球面透镜是在光纤、发射器和探测器之间改善信号耦合的zui佳工具。抛光的蓝宝石或红宝石将制成直径 D=0.3‐6.3 5 mm ± 2.54 μm 的球,其球面度的误差在 0.64 μm 之内。

昆山烁晶光电科技有限公司涉足新材料领域广泛，功能陶瓷和蓝宝石晶体、闪烁晶体、激光晶体制备方法和手段齐全，形成了光学透明陶瓷、蓝宝石光学窗口片、闪烁晶体、激光与非线性晶体为主的四大系列高科技产品。