Лейкосапфир

Лейкосапфир – монокристаллы оксида алюминия (Al2O3), прозрачная бесцветная разновидность сапфира. Сапфир – один из самых твердых минералов, оптически прозрачен, обладает высокой температурой плавления, исключительно стоек к разрушениям, в том числе в агрессивных средах. Обладает высокой теплопроводностью при низких температурах и рекордно высоким удельным сопротивлением.

Лейкосапфир синтезируется в промышленных масштабах по всему миру. В настоящее время основное применение синтетического лейкосапфира – это изготовление подложек для светодиодов (LED) и интегральных кремниевых микросхем (SoS).

Для  выращивания особо чистых монокристаллов сапфира большого размера, пригодных для получения пластин для изготовления подложек с различной ориентацией и других изделий с высокими оптическими свойствами, обычно используют метод Киропулоса. Сырьем для него является порошковый или кристаллический оксид алюминия. Этот сравнительно недорогой метод основан на выращивании кристаллов из расплава. При методе Киропулоса направленная кристаллизация обеспечивается за счет изменения температуры расплава при неподвижном тигле. Постепенное нарастание кристалла в виде полусферы происходит на затравке за счет непрерывного отвода тепла через кристалл с помощью водоохлаждаемого кристаллодержателя. По мере роста кристалл постепенно вытягивают из расплава,  вращая его вокруг собственной оси.  При выращивании методом Киропулоса диаметр выращиваемого кристалла ограничивается лишь размерами тигля и может достигать 350 см и более. Для снижения остаточных напряжений, приводящих к растрескиванию и поколу, выращенные кристаллы подвергаются послеростовому отжигу в специальных высоковакуумных отжиговых установках.
 
Другие методы выращивания из расплава (Чохральского, Мусатова, Степанова, Бриджмена-Стокбаргера) основаны на перемещении кристалла или тигля с расплавом в поле температурного градиента. Метод Чохральского, например, заключается в вертикальном вытягивании затравочного кристалла из расплава в горячем тигле, чаще всего молибденовом. Методы горизонтально направленной кристаллизации (ГНК) и Шубникова-Обереимова основаны на создании температурного градиента за счет движения кристаллической затравки в горизонтальном направлении или охлаждения дна тигля путем газового обдува. Методы получения кристаллов лейкосапфира из раствора – гидротермальный и метод «из раствора в расплаве» используют фтористые, свинцовые и водные растворы окиси алюминия.

Вернейлевский сапфир

Таблица: характеристики лейкосапфира
Молекулярный вес     101,94
Плотность, г/см3     3,986 при 20oС
Постоянные решетки, А     а=4,75; с=12,97
Спайность     по (1011)
Твердость, кг/мм2 по Моосу      1370
Растворимость, г/100г воды     0,000098 при 29 oС
Точка плавления, oС 2030
Точка кипения, oС     3500
Удельная теплоемкость, кал/г*град 0,0249 (при 91oК)
0,1813 (при 291oК)
Теплопроводность, кал/град см*сек 0,060 при 299 oК
0,041 при 343 oК
0,055 при 296 oК
0,040 при 350 oК
Модуль Юнга 4,7x106 кг/см2 (при 20 oС)
Удельное сопротивление 1020 перпендикулярно С-оси, 1018 параллельно С-оси
Область пропускания 15000 – 60000А
Интегральное пропускание 97-98%