蓝宝石的晶体结构与各向异性
蓝宝石（α-Al₂O₃）属于六方晶系，具有各向异性，即其物理性质（如热膨胀系数、热导率、硬度等）在不同晶向上存在差异。主要晶向包括：
· C向（0001）：最常见，用于LED衬底、光学窗口等。
· A向（11-20）：机械性能优异，适用于高应力环境。
· M向（10-10）：常用于激光器、光学元件。
· R向（1-102）：具有特殊的光学性能，适用于某些激光应用。
由于晶体结构的各向异性，蓝宝石的热膨胀系数和热导率在不同晶向上表现不同，直接影响器件的热稳定性。
蓝宝石的热膨胀系数（CTE）
热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion, CTE）描述材料在温度变化时的尺寸变化率。蓝宝石的CTE在不同晶向上差异显著：
| 晶向 | CTE（×10⁻⁶/K，25-1000°C） |
| C向（0001） | 平行c轴：~8.3，垂直c轴：~7.5 |
| A向（11-20） | ~7.9 |
| M向（10-10） | ~8.1 |
| R向（1-102） | ~7.7 |
分析与讨论
· C向蓝宝石：在平行c轴方向（8.3×10⁻⁶/K）比垂直c轴方向（7.5×10⁻⁶/K）膨胀略大，可能导致异质外延生长（如GaN-on-Sapphire）时产生热应力。
· A向和M向：CTE接近，适用于需要高热稳定性的光学元件。
· R向：CTE较低，适用于高功率激光器，减少热形变。
应用影响：在LED外延生长中，GaN与蓝宝石衬底的CTE不匹配会导致翘曲和缺陷，因此需优化晶向选择（如C偏A向可降低应力）。
蓝宝石的热导率（Thermal Conductivity）
热导率衡量材料传导热量的能力，蓝宝石的热导率同样具有各向异性：
不同晶向的热导率数据（室温）
| 晶向 | 热导率（W/m·K） |
| C向（0001） | 平行c轴：~35，垂直c轴：~25 |
| A向（11-20） | ~30 |
| M向（10-10） | ~28 |
| R向（1-102） | ~32 |
分析与讨论
· C向蓝宝石：沿c轴热导率最高（35 W/m·K），适用于高功率LED和激光器散热。
· A向和R向：热导率适中，适合光学窗口和激光基板。
· M向：热导率略低，但机械强度高，适用于高应力环境。
应用影响：在半导体激光器中，高热导率可有效降低热阻，提高器件寿命。因此，C向蓝宝石常用于高功率器件
蓝宝石材料供应与服务
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· 多种尺寸：2寸、3寸、4寸、6寸、8寸、12寸衬底。
· 定制加工：蓝宝石光学窗口、蓝宝石棒、蓝宝石柱等。
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