Que savez-vous du saphir ?

Verre saphirest cultivé à partir de poudre d'alumine de haute pureté avec une pureté de plus de 99,995 %. Il s’agit du domaine de demande le plus important en alumine de haute pureté. Il présente les avantages d’une résistance élevée, d’une dureté élevée et de propriétés chimiques stables. Il peut fonctionner dans des environnements difficiles tels que des températures élevées, la corrosion et les chocs. Il est largement utilisé dans les technologies de défense et civiles, la technologie microélectronique et d’autres domaines.

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

Applications clés du saphir

Le substrat LED est la plus grande application du saphir. L'application des LED dans l'éclairage constitue la troisième révolution après les lampes fluorescentes et les lampes à économie d'énergie. Le principe des LED est de convertir l’énergie électrique en énergie lumineuse. Lorsque le courant traverse le semi-conducteur, les trous et les électrons se combinent et l'énergie excédentaire est libérée sous forme d'énergie lumineuse, produisant finalement l'effet d'un éclairage lumineux.Technologie de puce LEDest basé surplaquettes épitaxiales. Grâce à des couches de matériaux gazeux déposées sur le substrat, les matériaux du substrat comprennent principalement un substrat en silicium,substrat en carbure de siliciumet substrat saphir. Parmi eux, le substrat saphir présente des avantages évidents par rapport aux deux autres méthodes de substrat. Les avantages du substrat saphir se reflètent principalement dans la stabilité de l'appareil, une technologie de préparation mature, la non-absorption de la lumière visible, une bonne transmission de la lumière et un prix modéré. Selon les données, 80 % des entreprises LED dans le monde utilisent le saphir comme matériau de substrat.

En plus du domaine mentionné ci-dessus, les glaces saphir peuvent également être utilisées dans les écrans de téléphones portables, les équipements médicaux, la décoration de bijoux et d'autres domaines. En outre, ils peuvent également être utilisés comme matériaux de fenêtre pour divers instruments de détection scientifique tels que les lentilles et les prismes.

Préparation des glaces saphir

En 1964, Poladino, AE et Rotter, BD ont appliqué pour la première fois cette méthode à la croissance de glaces saphir. Jusqu’à présent, un grand nombre de glaces saphir de haute qualité ont été produites. Le principe est le suivant : tout d'abord, les matières premières sont chauffées jusqu'au point de fusion pour former une masse fondue, puis un germe monocristallin (c'est-à-dire un germe cristallin) est utilisé pour entrer en contact avec la surface de la masse fondue. En raison de la différence de température, l'interface solide-liquide entre le germe cristallin et la masse fondue est surfondue, de sorte que la masse fondue commence à se solidifier à la surface du germe cristallin et commence à former un monocristal ayant la même structure cristalline que le cristal germe.cristal de graine. Dans le même temps, le cristal germe est lentement tiré vers le haut et tourné à une certaine vitesse. Au fur et à mesure que le germe cristallin est tiré, la masse fondue se solidifie progressivement à l'interface solide-liquide, puis un monocristal se forme. Il s'agit d'une méthode de croissance de cristaux à partir d'une masse fondue en tirant un germe de cristal, qui peut préparer des monocristaux de haute qualité à partir de la masse fondue. C’est l’une des méthodes de croissance cristalline les plus couramment utilisées.

Les avantages de l’utilisation de la méthode Czochralski pour faire croître 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 se développe à la surface de la fonte et n'entre pas en contact avec la paroi du creuset, ce qui peut réduire efficacement la contrainte interne du cristal et améliorer la qualité du cristal. 

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

Méthode Kyropoulos pour faire pousser des cristaux de saphir

La méthode 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 germe cristallin est mis en contact avec la surface de la masse fondue puis lentement tiré vers le haut. Cependant, après que le germe cristallin a été tiré vers le haut pendant un certain temps pour former un col de cristal, le germe cristallin n'est plus tiré vers le haut ou ne tourne plus une fois que le taux de solidification de l'interface entre la masse fondue et le germe cristallin est stable. Le monocristal est progressivement solidifié de haut en bas en contrôlant la vitesse de refroidissement, et enfin unmonocristalest formé.

Les produits fabriqués par le processus de croquette présentent les caractéristiques d'une haute qualité, d'une faible densité de défauts, d'une grande taille et d'une meilleure rentabilité.

Croissance du cristal de saphir par méthode de moulage guidé

En tant que technologie spéciale de croissance des cristaux, la méthode du moulage guidé est utilisée selon le principe suivant : en plaçant une matière fondue à point de fusion élevé dans le moule, la matière fondue est aspirée sur le moule par l'action capillaire du moule pour atteindre le contact avec le germe cristallin. , et un monocristal peut être formé pendant l'extraction des germes cristallins et la solidification continue. Dans le même temps, la taille des bords et la forme du moule présentent certaines restrictions sur la taille des cristaux. Par conséquent, cette méthode présente certaines limites dans le processus d’application et n’est applicable qu’aux glaces saphir de forme spéciale telles que tubulaires et en forme de U.

Croissance du cristal de saphir par méthode d'échange thermique

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

L'avantage d'utiliser la méthode d'échange thermique pour faire croître les cristaux de saphir est que le creuset, le cristal et le chauffage ne bougent pas pendant la croissance des cristaux, éliminant ainsi l'action d'étirement de la méthode kyvo et de la méthode de traction, réduisant ainsi les facteurs d'interférence humaine et évitant ainsi le cristal. défauts causés par un mouvement mécanique ; en même temps, la vitesse de refroidissement peut être contrôlée pour réduire la contrainte thermique des cristaux et les défauts de fissuration et de dislocation des cristaux qui en résultent, et peut faire croître des cristaux plus gros. Il est plus facile à exploiter et présente de bonnes perspectives de développement.

Sources de référence:

[1] Zhu Zhenfeng. Recherche sur la morphologie de surface et les fissures des glaces saphir par découpage à la scie à fil diamanté

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

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

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