Il materiale del substrato del monocristallo si riferisce ad un wafer del monocristallo per la crescita epitassiale di un film sottile di cristallo. Ed il termine «epitassia» si riferisce ad un'altra crescita direzionale di un altro monocristallo sulla superficie di un monocristallo a certe condizioni. Con lo sviluppo continuo di scienza e tecnologia, particolarmente l'aumento e lo sviluppo dell'industria dell'optoelettronica, la prestazione e la qualità dei film sottili sono diventato sempre più esigenti. I materiali originali del substrato sono lontano dal soddisfare le richieste, in modo dai vari materiali del monocristallo sono usati come substrati. Al momento giusto, la scala della sua industria sta espandendosi ed il campo della ricerca sta espandendosi costantemente. I materiali monocristallini del silicio sono i materiali preferiti del substrato per molti film sottili dovuto la loro compatibilità con i dispositivi microelettronici. Alcuni degli stessi film sottili sviluppati sui vari substrati possono ottenere la migliore prestazione o il beneficio più economico. Per esempio, i substrati del film sottile di GaN includono sic, Al2O3, ZnO, si e LiAiO2. I materiali monocristallini del substrato sono la base dell'industria dell'optoelettronica.

Come materiale del substrato, il monocristallo ha le seguenti caratteristiche di base: proprietà fisiche e chimiche stabili, accesso facile ai grandi monocristalli, alta conducibilità termica, piccolo coefficiente di espansione termica, buona resistenza al calore e buona lavorabilità.

Tipi di substrati del monocristallo

• SiNx

  I film sottili di SiNx hanno alta durezza, resistenza della corrosione, la resistenza ad alta temperatura, la buon conducibilità termica ed isolamento e la prestazione fotoelettrica eccellente. Di conseguenza, i film sottili di SiNx sono stati ampiamente usati nei campi delle microelettroniche e dei sistemi micromeccanici.

• GaAs

  L'arsenuro di gallio (GaAs) è un materiale a semiconduttore di composto di III-V che può funzionare alle più alte temperature ed alle maggiori tensioni direzionali. È il materiale preferito per la fabbricazione di dispositivi ad alta potenza. La sua mobilità di elettrone è 6 volte quella del si e la sua frequenza operativa è alta. È un materiale ideale per la fabbricazione i circuiti integrati ad alta velocità e degli apparecchi elettronici ad alta velocità.

• Al2O3

  Al0,32GA0,78Film sottile monocristallino di N/GaN sviluppato tramite crescita epitassiale su uno zaffiro (pricipalmente Al2O3) il substrato facendo uso della tecnologia chimica organica di (MOCVD) di applicazione a spruzzo del metallo è il materiale preferito per la preparazione dei dispositivi ad alta temperatura, ad alta frequenza e di alto potere. Il sistema materiale ha grande potenziale dell'applicazione in satellite, in radar, nelle comunicazioni ed in altri campi.

• SrTiO3

  Titanato dello stronzio (SrTiO3) è un materiale ceramico funzionale elettronico ampiamente usato, che presenta i vantaggi di alta costante dielettrica, di perdita dielettrica bassa e di buona stabilità termica. Ed è ampiamente usato nelle industrie elettroniche, meccaniche e ceramiche. Allo stesso tempo, come materiale funzionale, il titanato dello stronzio ha attività fotocatalitica eccellente ed ha le proprietà elettromagnetiche uniche ed attività catalitica redox. Il titanato dello stronzio inoltre è stato ampiamente usato nella decomposizione fotocatalitica dell'acqua produrre l'idrogeno, la degradazione fotocatalitica degli agenti inquinanti organici e le batterie fotochimiche. Inoltre, spesso è inciso una pietra preziosa smeraldo tipa sintetica ed è un sostituto molto buon del diamante.

Applicazioni

• Materiali luminescenti: Luce bianca dei prodotti di (LEDs) dei diodi a emissione luminosa a semiconduttore ed a causa delle loro caratteristiche economizzarici d'energia e rispettose dell'ambiente, si sono trasformati nella nuova sorgente luminosa più importante in questo secolo. I materiali monocristallini del substrato svolgono un ruolo chiave in LED. Attualmente, i substrati comunemente usati sono sic, Al2O3 e si. Il punto di fusione del monocristallo sic è molto alto, circa 2700°C, in modo dalle sue proprietà chimiche sono relativamente stabili. Sic i materiali del substrato sono disponibili nel tipo 6H e nel tipo 4H, che rende il controllo della produzione più difficile. Fino al 1991, il tipo 6H-SiC ha cominciato ad essere commercializzato e la commercializzazione di 4H-SiC iniziato dal 1994. Sic il materiale del substrato ha gettato la base per la nascita del LED nel 1996.

• Materiali superconduttori: I materiali superconduttori sono preparati generalmente su un substrato di superficie ultra-liscio del monocristallo. La cosiddetta superficie ultra-liscia è una superficie con una rugosità di meno di 1 nanometro. È caratterizzata da nessun danno di superficie o graffi e nessun danno sotto la superficie. Questa elaborazione di superficie ultra-liscia del substrato del monocristallo sta infiltrandosi in gradualmente in molti campi quale la superconduttività, la magnetoresistenza gigante, film sottili ferroelettrici e simili. La struttura quasi cubica di LaAlO3 alla temperatura normale è un substrato di superficie super-liscio tipico del monocristallo con una costante della grata di 0,379 nanometri. LaAlO3 è usato spesso come substrato per materiale superconduttore ad alta temperatura YBCO.