Safīra kristāli tiek audzēti no augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda pulvera ar tīrību >99,995%, padarot tos par vispieprasītāko augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda jomu. Tiem piemīt augsta izturība, augsta cietība un stabilas ķīmiskās īpašības, kas ļauj tiem darboties skarbos apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā, korozijas un trieciena apstākļos. Tos plaši izmanto valsts aizsardzībā, civilās tehnoloģijās, mikroelektronikā un citās jomās.
No augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda pulvera līdz safīra kristāliem
1Safīra galvenie pielietojumi
Aizsardzības nozarē safīra kristālus galvenokārt izmanto raķešu infrasarkano staru logiem. Mūsdienu karadarbība prasa augstu raķešu precizitāti, un infrasarkanais optiskais logs ir kritiski svarīgs elements, lai sasniegtu šo prasību. Ņemot vērā, ka raķetes ātrgaitas lidojuma laikā, kā arī skarbos kaujas apstākļos piedzīvo intensīvu aerodinamisko karstumu un triecienus, radaram jābūt ar augstu izturību, triecienizturību un spēju izturēt eroziju no smiltīm, lietus un citiem skarbiem laikapstākļiem. Safīra kristāli ar izcilu gaismas caurlaidību, izcilām mehāniskajām īpašībām un stabilām ķīmiskajām īpašībām ir kļuvuši par ideālu materiālu raķešu infrasarkano staru logiem.
LED substrāti ir visplašākais safīra pielietojums. LED apgaismojums tiek uzskatīts par trešo revolūciju pēc dienasgaismas un enerģijas taupīšanas spuldzēm. LED princips ietver elektriskās enerģijas pārveidošanu gaismas enerģijā. Kad strāva iet caur pusvadītāju, caurumi un elektroni apvienojas, atbrīvojot lieko enerģiju gaismas veidā, galu galā radot apgaismojumu. LED mikroshēmu tehnoloģija ir balstīta uz epitaksiālām plāksnēm, kur gāzveida materiāli tiek nogulsnēti slāni pa slānim uz substrāta. Galvenie substrātu materiāli ir silīcija substrāti, silīcija karbīda substrāti un safīra substrāti. Starp tiem safīra substrātiem ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar pārējiem diviem, tostarp ierīces stabilitāte, nobriedusi sagatavošanas tehnoloģija, redzamās gaismas neabsorbēšana, laba gaismas caurlaidība un mērenas izmaksas. Dati liecina, ka 80% pasaules LED uzņēmumu kā substrāta materiālu izmanto safīru.
Papildus iepriekšminētajiem pielietojumiem safīra kristāli tiek izmantoti arī mobilo tālruņu ekrānos, medicīnas ierīcēs, rotaslietu dekorēšanā un kā logu materiāli dažādiem zinātniskiem noteikšanas instrumentiem, piemēram, lēcām un prizmām.
2. Tirgus lielums un perspektīvas
Pateicoties politikas atbalstam un LED mikroshēmu pielietojuma scenāriju paplašināšanai, paredzams, ka pieprasījums pēc safīra substrātiem un to tirgus apjoms pieaugs divciparu skaitļos. Līdz 2025. gadam safīra substrātu piegāžu apjoms, domājams, sasniegs 103 miljonus vienību (pārveidoti 4 collu substrātos), kas ir par 63 % vairāk nekā 2021. gadā, un saliktais gada pieauguma temps (CAGR) no 2021. līdz 2025. gadam būs 13 %. Paredzams, ka safīra substrātu tirgus apjoms līdz 2025. gadam sasniegs 8 miljardus jenu, kas ir par 108 % vairāk nekā 2021. gadā, un saliktais gada pieauguma temps (CAGR) no 2021. līdz 2025. gadam būs 20 %. Kā substrātu "priekštecis", safīra kristālu tirgus apjoms un izaugsmes tendence ir acīmredzama.
3. Safīra kristālu sagatavošana
Kopš 1891. gada, kad franču ķīmiķis Vernē A. pirmo reizi izgudroja liesmas kausēšanas metodi mākslīgo dārgakmeņu kristālu iegūšanai, mākslīgo safīra kristālu audzēšanas pētījumi ir aptvēruši vairāk nekā gadsimtu. Šajā periodā zinātnes un tehnoloģiju attīstība ir veicinājusi plašus pētījumus par safīra audzēšanas metodēm, lai apmierinātu rūpniecības prasības attiecībā uz augstāku kristālu kvalitāti, uzlabotu izmantošanas līmeni un samazinātu ražošanas izmaksas. Ir parādījušās dažādas jaunas metodes un tehnoloģijas safīra kristālu audzēšanai, piemēram, Čohraļska metode, Kiropulosa metode, ar malām definētu plēvi barotas audzēšanas (EFG) metode un siltumapmaiņas metode (HEM).
3.1 Čohraļska metode safīra kristālu audzēšanai
Čochraļska metode, kuras pionieris bija Čochraļskis J. 1918. gadā, ir pazīstama arī kā Čochraļska tehnika (saīsināti Cz metode). 1964. gadā Poladino AE un Rotter BD pirmie izmantoja šo metodi safīra kristālu audzēšanai. Līdz šim tā ir saražojusi lielu skaitu augstas kvalitātes safīra kristālu. Princips ietver izejmateriāla kausēšanu, veidojot kausējumu, un pēc tam monokristāla sēklas iegremdēšanu kausējuma virsmā. Temperatūras starpības dēļ cietvielu un šķidruma saskarnē notiek pārdzesēšana, kā rezultātā kausējums sacietē uz sēklas virsmas un sāk augt monokristāls ar tādu pašu kristāla struktūru kā sēklai. Sēkla lēnām tiek vilkta uz augšu, rotējot ar noteiktu ātrumu. Sēklai tiekot vilktai, kausējums pakāpeniski sacietē saskarnē, veidojot monokristālu. Šī metode, kas ietver kristāla izvilkšanu no kausējuma, ir viena no izplatītākajām metodēm augstas kvalitātes monokristālu sagatavošanai.
Čohraļska metodes priekšrocības ietver: (1) ātru augšanas ātrumu, kas ļauj īsā laikā iegūt augstas kvalitātes monokristālus; (2) kristāli aug uz kausējuma virsmas, nesaskaroties ar tīģeļa sienu, efektīvi samazinot iekšējo spriegumu un uzlabojot kristālu kvalitāti. Tomēr šīs metodes būtisks trūkums ir grūtības audzēt liela diametra kristālus, padarot to mazāk piemērotu liela izmēra kristālu iegūšanai.
3.2 Kiropulosa metode safīra kristālu audzēšanai
Kiropula metode, ko Kiropuls izgudroja 1926. gadā (saīsināti KY metode), ir līdzīga Čohraļska metodei. Tā ietver sēklas kristāla iegremdēšanu kausējuma virsmā un lēnu vilkšanu uz augšu, veidojot kakliņu. Kad sacietēšanas ātrums kausējuma un sēklas kristāla saskarnē stabilizējas, sēklas kristāls vairs netiek vilkts vai rotēts. Tā vietā dzesēšanas ātrums tiek kontrolēts, lai monokristāls pakāpeniski sacietētu no augšas uz leju, galu galā veidojot monokristālu.
Kiropulosa process rada augstas kvalitātes kristālus ar zemu defektu blīvumu, lieliem izmēriem un izdevīgu izmaksu efektivitāti.
3.3 Safīra kristālu audzēšanas metode ar malām definētu plēves padevi (EFG)
EFG metode ir formkristālu audzēšanas tehnoloģija. Tās princips ietver augstas kušanas temperatūras kausējuma ievietošanu veidnē. Kapilārā darbība nodrošina kausējuma virzību uz veidnes augšpusi, kur tas saskaras ar sēklas kristālu. Kad sēklas kristāls tiek vilkts un kausējums sacietē, veidojas monokristāls. Veidnes malas izmērs un forma ierobežo kristāla izmērus. Līdz ar to šai metodei ir zināmi ierobežojumi, un tā galvenokārt ir piemērota formētiem safīra kristāliem, piemēram, caurulēm un U veida profiliem.
3.4 Siltuma apmaiņas metode (HEM) safīra kristālu audzēšanai
Siltuma apmaiņas metodi liela izmēra safīra kristālu iegūšanai 1967. gadā izgudroja Freds Šmids un Deniss. HEM sistēmai ir raksturīga lieliska siltumizolācija, neatkarīga temperatūras gradienta kontrole kausējumā un kristālā, kā arī laba vadāmība. Tā relatīvi viegli ražo safīra kristālus ar zemu dislokāciju un lieliem izmēriem.
HEM metodes priekšrocības ietver kustības neesamību tīģelī, kristālā un sildītājā augšanas laikā, novēršot vilkšanas darbības, kādas rodas Kiropulosa un Čohraļska metodēs. Tas samazina cilvēka iejaukšanos un novērš kristālu defektus, ko izraisa mehāniska kustība. Turklāt dzesēšanas ātrumu var kontrolēt, lai samazinātu termisko spriegumu un tā rezultātā radušos kristālu plaisāšanas un dislokācijas defektus. Šī metode ļauj audzēt liela izmēra kristālus, ir salīdzinoši viegli lietojama un tai ir daudzsološas attīstības perspektīvas.
Izmantojot padziļinātas zināšanas safīra kristālu audzēšanā un precīzā apstrādē, XKH nodrošina pilnīgus, pielāgotus safīra plākšņu risinājumus, kas pielāgoti aizsardzības, LED un optoelektronikas lietojumprogrammām. Papildus safīram mēs piegādājam pilnu augstas veiktspējas pusvadītāju materiālu klāstu, tostarp silīcija karbīda (SiC) plāksnītes, silīcija plāksnītes, SiC keramikas komponentus un kvarca izstrādājumus. Mēs nodrošinām izcilu kvalitāti, uzticamību un tehnisko atbalstu visiem materiāliem, palīdzot klientiem sasniegt revolucionāru veiktspēju progresīvos rūpniecības un pētniecības lietojumos.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 29. augusts