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ptO que realmente é um wafer de safira
Um wafer de safira é um disco fino de óxido de alumínio monocristalino que foi orientado para um plano cristalográfico, retirado de uma bocha cultivada, fatiado, lapidado e polido até uma espessura, planicidade e acabamento superficial controlados.
Safira não é vidro nem revestimento. É Al2O3 cristalino, o material do corindo, e é por isso que um wafer acabado combina a dureza Mohs 9 com um band gap próximo a 8,6 eV e transmissão útil de aproximadamente 0,19 a 5,5 micrômetros.
A orientação é a primeira decisão em qualquer desenho, pois fixa o que pode crescer na superfície e como o wafer se comporta sob carga térmica.
- plano c (0001): o padrão para GaN LED e epitaxia microLED, onde a superfície hexagonal corresponde à epicamada.
- Plano r: usado para silício sobre safira, onde um filme fino de silício é depositado heteroepitaxialmente.
- plano a e plano m: orientações de pesquisa não polares, disponíveis, mas mais difíceis de polir até obterem a mesma rugosidade.
- Offcut: 0,2 graus em direção ao eixo a é uma solicitação comum do MOCVD, enquanto 4 graus aparecem em trabalhos de dispositivos específicos. Mantenha a tolerância firmemente, porque a deriva do corte altera a estrutura do degrau durante o crescimento.
O diâmetro e a espessura viajam juntos. Os tamanhos comuns são 50,8 mm, 100 mm, 150 mm e 200 mm, com espessura aumentando de cerca de 430 micrômetros em 2 polegadas para 650 em 4 polegadas e acima de 1 mm em 6 polegadas, simplesmente porque um disco fino de um cristal quebradiço não sobreviverá ao manuseio rotineiro.
Wafers de safira em diâmetros e espessuras comuns Revise as opções de wafer de safira de cristal único de 2 a 8 polegadas, com especificações de espessura, superfície e planicidade para substratos optoeletrônicos e de LED. Ver Produto → Do Boule ao Wafer Epi-Ready
Os wafers de safira são produzidos em seis etapas, e cada etapa deixa uma impressão digital no certificado que acompanha o lote.
Especificações que decidem o rendimento
Quatro números decidem a maioria das decisões de aceitação: variação de espessura total, curvatura e empenamento, rugosidade frontal e tolerância de orientação. Todo o resto no desenho apoia esses quatro.
| Parâmetro | Classe Epi e LED | Grau óptico | Provas a solicitar |
| Orientação e recorte | Plano C com corte de 0,2 graus | plano c ou por desenho | Varredura de difração de raios X |
| Diâmetro | 100 mm mais ou menos 0,2 mm | Por desenho | Mapa de chips de borda |
| Espessura | 650 micrômetros mais ou menos 25 | 1 mm a 5 mm | Espessura map across the wafer |
| Variação total da espessura | 10 micrômetros ou menos | 2 micrômetros acima da abertura | Tipo de sonda e área de digitalização |
| Curvar e deformar | 25 micrômetros ou menos | Planicidade de quarto de onda | Método de fixação e suporte |
| Rugosidade frontal | Ra 0,2 nm, pronto para epi | Ra 1 nm ou melhor | Tamanho da varredura AFM |
| Acabamento traseiro | Gravado ou polido | Terreno fino | Acabamento indicado no certificado |
| Perfil de borda | Retificação redonda com chanfro e entalhe | Borda polida | Foto de orientação do entalhe |
Safira, silício e quartzo lado a lado
A safira é o substrato a ser escolhido quando o wafer precisa sobreviver ao calor, à química ou à luz, e não quando precisa conduzir eletricidade.
- Temperaturas de crescimento acima de 1000°C excluem transportadores poliméricos e vidro de baixa qualidade.
- A superfície deve permanecer transparente do visível ao infravermelho médio.
- A resistência química e a riscos são mais importantes do que o custo por centímetro quadrado.
- O dispositivo precisa de um substrato isolante e de baixa perda em radiofrequência.
- O próprio wafer deve transportar corrente, enquanto o silício é mais simples e muito mais barato.
- É necessária transmissão ultravioleta profunda abaixo de 190 nm, onde a safira absorve.
- A propagação do calor é o fator limitante em um conjunto de alta potência.
- O orçamento não pode absorver um substrato com preço várias vezes superior a um wafer de silício do mesmo diâmetro.
O número térmico é o que surpreende as equipes de design. A safira conduz calor cerca de quatro vezes pior que o silício e cerca de 25 vezes melhor que o quartzo fundido, o que é viável para um único emissor de baixa potência e doloroso para um conjunto denso de alta potência. Essa propriedade impulsiona grande parte do interesse em substratos padronizados, transferência de filmes finos e ligação de wafers.
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Os substratos de safira se pagam em quatro famílias de aplicações, cada uma com uma especificação dominante diferente.
GaN LED e epitaxia microLED
Wafers de plano C de duas a seis polegadas carregam a pilha emissora de luz. O controle de corte e a rugosidade frontal influenciam a qualidade do cristal e, portanto, a eficiência quântica externa, mais do que qualquer outro parâmetro de entrada.
Radiofrequência e silício sobre safira
Um substrato isolante corta a capacitância parasita em interruptores e filtros. Aqui o desenho é dominado pela uniformidade da espessura e planicidade da superfície, em vez da transmissão óptica.
Janelas ópticas e tampas de sensores
Safira transmits from the visible to about 5.5 micrometers and resists scratching in abrasive environments, so it appears in infrared windows, LiDAR covers, and hardened camera ports. The range of sapphire wafer applications across electronics and optics goes well beyond lighting.
Wafers transportadores e fictícios
Os processos de alta temperatura reutilizam suportes de safira porque o material não amolece nem libera gases. O repolimento prolonga a vida útil onde as regras de contaminação permitem.
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Cinco verificações detectam a maioria dos problemas antes que muitos cheguem à bancada de inspeção de entrada.
Se uma especificação for ambígua, resolva-a na fase de desenho. Envie seu desenho e quantidade para nossa equipe de engenharia e a orientação, acabamento e método de inspeção podem ser corrigidos antes da cotação e não após a entrega.
Perguntas frequentes
Uma bolacha de safira é a mesma coisa que uma janela de safira?
Não, a ênfase difere. Um wafer é avaliado pela variação total da espessura, limpeza das partículas e uma superfície frontal pronta para epitaxia, enquanto uma janela é avaliada pela transmissão, qualidade da superfície em uma abertura definida e acabamento da borda. Ambos podem ser cortados da mesma bocha.
Os wafers de safira podem ser reutilizados?
Os wafers transportadores e falsos podem ser polidos novamente diversas vezes quando a contaminação é controlada. Os wafers prontos para Epi geralmente não podem, porque a superfície polida e o orçamento de planicidade são consumidos pela primeira execução de crescimento.
Qual espessura devo pedir?
Siga o diâmetro. Cerca de 430 micrômetros em 2 polegadas, 650 em 4 polegadas e 1 mm ou mais em 6 polegadas são pontos de partida comuns. Wafers mais finos reduzem a massa térmica, mas aumentam o risco de quebra durante o manuseio e transporte.
Eu preciso de um corte?
Para GaN cultivado por MOCVD no plano C, um pequeno corte próximo a 0,2 graus é típico. Se o seu processo não for sensível à estrutura de etapas, um wafer nominal no eixo é mais fácil de obter e geralmente mais barato.
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