الياقوت الأزرق بلورة أحادية من الألومينا، ينتمي إلى النظام البلوري الثلاثي، ذو بنية سداسية. تتكون بنيته البلورية من ثلاث ذرات أكسجين وذرتي ألومنيوم بروابط تساهمية، مرتبة بشكل متقارب للغاية، مما يوفر ترابطًا قويًا وطاقة شبكية عالية. يخلو باطنه البلوري تقريبًا من الشوائب والعيوب، مما يمنحه خصائص عزل كهربائي وشفافية وموصلية حرارية جيدة وصلابة عالية. يُستخدم على نطاق واسع كنوافذ بصرية ومواد ركائز عالية الأداء. مع ذلك، فإن البنية الجزيئية للياقوت الأزرق معقدة وتتسم بالتباين، كما أن تأثير معالجة واستخدام اتجاهات بلورية مختلفة على خصائصه الفيزيائية يختلف اختلافًا كبيرًا، وبالتالي يختلف استخدامه. عمومًا، تتوفر ركائز الياقوت الأزرق في اتجاهات المستويات C وR وA وM.
تطبيقرقاقة الياقوت ذات المستوى C
يُعدّ نتريد الغاليوم (GaN) من أشباه الموصلات من الجيل الثالث ذات فجوة نطاق واسعة، ويتميز بفجوة نطاق مباشرة واسعة، ورابطة ذرية قوية، وموصلية حرارية عالية، وثبات كيميائي جيد (لا يتأثر تقريبًا بالأحماض)، وقدرة عالية على مقاومة الإشعاع، مما يجعله ذا آفاق واسعة في تطبيقات الإلكترونيات الضوئية، وأجهزة الطاقة والحرارة العالية، وأجهزة الميكروويف عالية التردد. مع ذلك، ونظرًا لارتفاع درجة انصهار نتريد الغاليوم، يصعب الحصول على مواد أحادية البلورة كبيرة الحجم، لذا فإن الطريقة الشائعة هي إجراء نمو متغاير على ركائز أخرى، الأمر الذي يتطلب مواصفات دقيقة لمواد الركيزة.
بالمقارنة معركيزة من الياقوتمع أوجه البلورة الأخرى، يكون معدل عدم تطابق ثابت الشبكة بين رقاقة الياقوت ذات المستوى C (اتجاه <0001>) والأغشية المترسبة في المجموعات Ⅲ-Ⅴ و Ⅱ-Ⅵ (مثل GaN) صغيرًا نسبيًا، ومعدل عدم تطابق ثابت الشبكة بين الاثنين وأفلام AlNيمكن استخدام طبقة عازلة أصغر حجمًا، وتلبي متطلبات مقاومة درجات الحرارة العالية في عملية تبلور نتريد الغاليوم. لذلك، فهي مادة ركيزة شائعة لنمو نتريد الغاليوم، ويمكن استخدامها في صناعة مصابيح LED بيضاء/زرقاء/خضراء، وثنائيات الليزر، وكواشف الأشعة تحت الحمراء، وغيرها.
تجدر الإشارة إلى أن طبقة نتريد الغاليوم (GaN) المُرَسَّبة على ركيزة الياقوت ذات المستوى C تنمو على طول محورها القطبي، أي في اتجاه المحور C، وهي عملية نمو ناضجة وعملية ترسيب طبقي (epitax)، ذات تكلفة منخفضة نسبيًا، وخصائص فيزيائية وكيميائية مستقرة، بالإضافة إلى أداء معالجة أفضل. ترتبط ذرات رقاقة الياقوت الموجهة C بترتيب O-al-al-o-al-O، بينما ترتبط ذرات بلورات الياقوت الموجهة M وA بترتيب al-O-al-O. ولأن طاقة الترابط بين ذرات الألومنيوم (Al-Al) أقل وقوة الترابط أضعف من الترابط بين ذرات الألومنيوم والأكسجين (Al-O)، فإن معالجة الياقوت C، مقارنةً ببلورات الياقوت الموجهة M وA، تهدف أساسًا إلى فتح روابط Al-Al الرئيسية، مما يُسهِّل المعالجة ويُتيح الحصول على جودة سطح أعلى، وبالتالي الحصول على جودة ترسيب طبقي أفضل لنتريد الغاليوم، وهو ما يُحسِّن جودة مصابيح LED البيضاء/الزرقاء فائقة السطوع. من ناحية أخرى، فإن الأفلام التي تنمو على طول المحور C لها تأثيرات استقطاب تلقائية وكهرضغطية، مما يؤدي إلى مجال كهربائي داخلي قوي داخل الأفلام (الآبار الكمومية للطبقة النشطة)، مما يقلل بشكل كبير من كفاءة الإضاءة لأفلام GaN.
بفضل أدائه الشامل الممتاز، ولا سيما نفاذيته العالية، يُعزز بلور الياقوت الأحادي تأثير اختراق الأشعة تحت الحمراء، مما يجعله مادة مثالية لنوافذ الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، وقد استُخدم على نطاق واسع في المعدات الكهروضوئية العسكرية. يُشار إلى الياقوت ذي المستوى القطبي (المستوى C) في الاتجاه العمودي على السطح بـ A، بينما يُشار إلى الياقوت ذي المستوى غير القطبي بـ C. عمومًا، تتميز بلورة الياقوت ذات المستوى A بجودة أفضل من نظيرتها ذات المستوى C، حيث تحتوي على عيوب أقل، وبنية فسيفسائية أقل، وبنية بلورية أكثر اكتمالًا، مما يُحسّن من أداء نفاذية الضوء. في الوقت نفسه، ونظرًا لنمط الترابط الذري Al-O-Al-O على المستوى A، فإن صلابة ومقاومة التآكل للياقوت ذي المستوى A أعلى بكثير من نظيرتها ذات المستوى C. لذلك، تُستخدم رقائق الياقوت ذات المستوى A في الغالب كمواد للنوافذ. إضافةً إلى ذلك، يتميز الياقوت الأزرق بثابت عزل كهربائي منتظم وخصائص عزل عالية، مما يجعله مناسبًا لتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة الهجينة، وكذلك لإنتاج موصلات فائقة، مثل استخدام TlBaCaCuO (TbBaCaCuO) وTl-2212، ونمو أغشية فائقة التوصيل غير متجانسة على ركيزة مركبة من أكسيد السيريوم (CeO2) والياقوت. مع ذلك، ونظرًا لطاقة الرابطة العالية بين الألومنيوم والأكسجين، فإن معالجته أكثر صعوبة.
يُعدّ السطح R السطح غير القطبي للياقوت، لذا فإن تغيير موضع هذا السطح في جهاز الياقوت يُكسبه خصائص ميكانيكية وحرارية وكهربائية وبصرية مختلفة. وبشكل عام، يُفضّل استخدام ركيزة الياقوت ذات السطح R في الترسيب غير المتجانس للسيليكون، وخاصةً في تطبيقات أشباه الموصلات والميكروويف والدوائر المتكاملة الإلكترونية الدقيقة، وفي إنتاج الرصاص ومكونات فائقة التوصيل أخرى، بالإضافة إلى المقاومات عالية المقاومة. كما يُمكن استخدام زرنيخيد الغاليوم لنمو الركائز من النوع R. في الوقت الحاضر، ومع انتشار الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر اللوحية، حلت ركيزة الياقوت ذات السطح R محل أجهزة SAW المركبة المستخدمة في هذه الأجهزة، موفرةً بذلك ركيزة لأجهزة تُحسّن الأداء.
في حال وجود انتهاك، يرجى الاتصال بـ "حذف"
تاريخ النشر: 16 يوليو 2024