Berapa banyak yang Anda ketahui tentang safir?

Kristal safirditanam dari bubuk alumina dengan kemurnian tinggi dengan kemurnian lebih dari 99,995%. Ini adalah wilayah dengan permintaan terbesar untuk alumina dengan kemurnian tinggi. Ia memiliki keunggulan kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, dan sifat kimia yang stabil. Ini dapat bekerja di lingkungan yang keras seperti suhu tinggi, korosi, dan benturan. 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 penerangan merupakan revolusi ketiga setelah lampu neon dan lampu hemat energi. Prinsip LED adalah mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. Ketika arus melewati semikonduktor, lubang dan elektron bergabung, dan kelebihan energi dilepaskan sebagai energi cahaya, yang akhirnya menghasilkan efek pencahayaan bercahaya.Teknologi chip LEDdidasarkan padawafer epitaksial. Melalui lapisan bahan gas yang diendapkan pada substrat, bahan substrat terutama meliputi substrat silikon,substrat silikon karbidadan substrat safir. Diantaranya, substrat safir memiliki keunggulan yang jelas dibandingkan dua metode substrat lainnya. Keunggulan substrat safir terutama tercermin pada stabilitas perangkat, teknologi persiapan yang matang, non-penyerapan cahaya tampak, transmisi cahaya yang baik, dan harga yang terjangkau. Menurut data, 80% perusahaan LED di dunia menggunakan safir sebagai material substratnya.

Selain bidang tersebut di atas, kristal safir juga dapat digunakan pada layar ponsel, peralatan medis, dekorasi perhiasan, dan bidang lainnya. Selain itu, juga dapat digunakan sebagai bahan jendela untuk berbagai alat pendeteksi ilmiah seperti lensa dan prisma.

Persiapan kristal safir

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 mentah dipanaskan sampai titik leleh untuk membentuk lelehan, dan kemudian satu biji kristal (yaitu benih kristal) digunakan untuk menyentuh permukaan lelehan. Karena perbedaan suhu, antarmuka padat-cair antara kristal benih dan lelehan menjadi sangat dingin, sehingga lelehan mulai mengeras pada permukaan kristal benih dan mulai menumbuhkan kristal tunggal dengan struktur kristal yang sama dengan kristal benih.seed crystal. Pada saat yang sama, kristal benih ditarik perlahan ke atas dan diputar dengan kecepatan tertentu. Saat kristal benih ditarik, lelehan secara bertahap mengeras pada antarmuka padat-cair, dan kemudian kristal tunggal terbentuk. Ini adalah metode menumbuhkan kristal dari lelehan dengan menarik benih kristal, yang dapat menghasilkan 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 pertumbuhannya cepat, dan kristal tunggal berkualitas tinggi dapat ditanam dalam waktu singkat; 

(2) kristal tumbuh di permukaan lelehan dan tidak bersentuhan dengan dinding wadah, yang secara efektif dapat mengurangi tekanan internal kristal dan meningkatkan kualitas kristal. 

Namun, kelemahan utama dari metode pertumbuhan kristal ini adalah diameter kristal yang dapat ditumbuhkan kecil, sehingga tidak kondusif bagi pertumbuhan kristal berukuran besar.

Metode Kyropoulos untuk menumbuhkan kristal safir

Metode Kyropoulos yang ditemukan oleh Kyropouls pada tahun 1926 disebut sebagai metode KY. Prinsipnya mirip dengan metode Czochralski, yaitu benih kristal dikontakkan dengan permukaan lelehan kemudian ditarik perlahan ke atas. Namun, setelah kristal benih ditarik ke atas selama jangka waktu tertentu untuk membentuk leher kristal, kristal benih tidak lagi ditarik atau diputar setelah laju pemadatan antarmuka antara lelehan dan kristal benih stabil. Kristal tunggal secara bertahap dipadatkan dari atas ke bawah dengan mengontrol laju pendinginan, dan akhirnya akristal tunggalterbentuk.

Produk yang dihasilkan dengan proses kibbling mempunyai karakteristik kualitas yang tinggi, kepadatan cacat yang rendah, ukuran yang besar, dan efektivitas biaya yang lebih baik.

Pertumbuhan kristal safir dengan metode cetakan terpandu

Sebagai teknologi pertumbuhan kristal khusus, metode cetakan terpandu digunakan dengan prinsip berikut: dengan menempatkan lelehan dengan titik leleh tinggi ke dalam cetakan, lelehan tersebut tersedot ke dalam cetakan melalui aksi kapiler cetakan untuk mencapai kontak dengan kristal benih. , dan kristal tunggal dapat terbentuk selama penarikan kristal benih dan pemadatan terus menerus. Pada saat yang sama, ukuran tepi dan bentuk cetakan memiliki batasan tertentu pada ukuran kristal. Oleh karena itu, metode ini memiliki keterbatasan tertentu dalam proses penerapannya dan hanya berlaku untuk kristal safir berbentuk khusus seperti tubular dan berbentuk U.

Pertumbuhan kristal safir dengan metode pertukaran panas

Metode pertukaran panas untuk pembuatan kristal safir berukuran besar ditemukan oleh Fred Schmid dan Dennis pada tahun 1967. Metode pertukaran panas memiliki efek isolasi termal yang baik, dapat secara mandiri mengontrol gradien suhu lelehan dan kristal, memiliki pengendalian yang baik, dan lebih mudah menumbuhkan kristal safir dengan dislokasi rendah dan ukuran besar.

Keuntungan menggunakan metode pertukaran panas untuk menumbuhkan kristal safir adalah wadah, kristal, dan pemanas tidak bergerak selama pertumbuhan kristal, menghilangkan aksi peregangan metode kyvo dan metode penarikan, mengurangi faktor gangguan manusia, sehingga menghindari kristal cacat yang disebabkan oleh gerakan mekanis; pada saat yang sama, laju pendinginan dapat dikontrol untuk mengurangi tekanan termal kristal dan akibat retak kristal serta cacat dislokasi, dan dapat menumbuhkan kristal yang lebih besar. Lebih mudah dioperasikan dan memiliki prospek pengembangan yang baik.

Sumber referensi:

[1] Zhu Zhenfeng. Penelitian morfologi permukaan dan kerusakan retak kristal safir dengan pemotongan gergaji kawat berlian

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

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

[4] Liu Jie. Ikhtisar metode dan karakteristik persiapan kristal safir