Күнүмдүк жашоодо смартфондор жана акылдуу сааттар сыяктуу электрондук шаймандар ажырагыс шериктерге айланды. Бул аппараттар барган сайын ичке, бирок күчтүү болуп баратат. Алардын үзгүлтүксүз эволюциясына эмне жардам берерин ойлонуп көрдүңүз беле? Жооп жарым өткөргүч материалдарда жатат жана бүгүн биз алардын ичинен эң көрүнүктүүлөрдүн бирине — сапфир кристалына көңүл бурабыз.
Sapphire кристалл, негизинен, α-Al₂O₃ курамында, алты бурчтуу тор түзүлүшүн түзүү, үч кычкылтек атому жана эки алюминий атому коваленттүү байланышкан. Сырткы көрүнүшү боюнча асыл таштардагы сапфирге окшош болгону менен, өнөр жай сапфир кристаллдары жогорку натыйжалуулугун баса белгилешет. Химиялык жактан инерттүү, ал сууда эрибейт жана кислоталарга жана щелочторго туруктуу, катаал чөйрөдө туруктуулукту сактаган "химиялык калканч" ролун аткарат. Кошумчалай кетсек, ал жарыкты эффективдүү өткөрүүгө мүмкүндүк берген эң сонун оптикалык тунуктукту көрсөтөт; күчтүү жылуулук өткөрүмдүүлүк, ашыкча ысып алдын алуу; жана мыкты электр изоляциясы, агып кетпестен туруктуу сигнал берүүнү камсыз кылуу. Механикалык жактан алганда, сапфир Mohs катуулугу менен мактанат, ал бриллианттан кийинки экинчи орунду ээлейт, бул аны өтө эскирүүгө жана эрозияга туруктуу кылат - талап кылынган колдонмолор үчүн идеалдуу.
Чип өндүрүшүндөгү жашыруун курал
(1) Төмөнкү кубаттуулуктагы чиптер үчүн негизги материал
Электроника миниатюризацияга жана жогорку өндүрүмдүүлүккө карай тенденцияга ээ болгондуктан, аз кубаттуу микросхемалар маанилүү болуп калды. Салттуу микросхемалардын наноөлчөмдүү калыңдыктарында изоляциянын начарлашынан жапа чегип, токтун агып кетишине, электр энергиясын керектөөнүн көбөйүшүнө жана ысып кетүүсүнө алып келет, бул туруктуулукту жана иштөө мөөнөтүн начарлатат.
Шанхай микросистемалык жана маалыматтык технологиялар институтунун (SIMIT) изилдөөчүлөрү, Кытай Илимдер Академиясы, бир кристалл алюминийди монокристаллдуу алюминий оксидине (сапфирге) айландырган металл-интеркалацияланган кычкылдануу технологиясын колдонуу менен жасалма сапфир диэлектрдик пластиналарды иштеп чыгышты. Калыңдыгы 1 нм болгон бул материал ультра аз агып чыгуучу токту көрсөтөт, ал кадимки аморфтук диэлектриктерден мамлекеттик тыгыздыкты азайтуу жана 2D жарым өткөргүчтөр менен интерфейстин сапатын жакшыртуу боюнча эки даражага ашып кетет. Муну 2D материалдары менен интеграциялоо кубаттуулугу аз чиптерге мүмкүнчүлүк берип, смартфондордогу батареянын иштөө мөөнөтүн бир топ узартат жана AI жана IoT тиркемелеринде туруктуулукту жогорулатат.
(2) Галлий нитриди (GaN) үчүн идеалдуу өнөктөш
Жарым өткөргүч талаасында галлий нитриди (GaN) өзүнүн уникалдуу артыкчылыктарынан улам жаркыраган жылдыз болуп чыкты. 3,4 эВ тилкеси менен кең тилкелүү жарым өткөргүч материал катары — кремнийдин 1,1 эВинен бир топ чоңураак — GaN жогорку температурада, жогорку вольттуу жана жогорку жыштыктагы колдонмолордо артыкчылыкка ээ. Анын жогорку электрон кыймылдуулугу жана критикалык бузулуу талаасынын күчү аны жогорку кубаттуулуктагы, жогорку температурадагы, жогорку жыштыктагы жана жогорку жарыктыктагы электрондук түзүлүштөр үчүн идеалдуу материал кылат. Энергия электроникасында GaN негизиндеги аппараттар энергияны азыраак керектөө менен жогорку жыштыктарда иштешип, энергияны конвертациялоодо жана энергияны башкарууда жогорку көрсөткүчтөрдү сунуштайт. Микротолкундуу коммуникацияда GaN жогорку кубаттуулуктагы, 5G күч күчөткүчтөрү сыяктуу жогорку жыштыктагы компоненттерди иштетип, сигнал берүүнүн сапатын жана туруктуулугун жогорулатат.
Sapphire кристалл GaN үчүн "мыкты өнөктөш" болуп эсептелет. Анын торчосунун GaN менен дал келбеши кремний карбидине (SiC) караганда жогору болсо да, сапфир субстраттары GaN эпитаксисинин учурунда төмөнкү жылуулук дал келбестигин көрсөтүп, GaN өсүшү үчүн туруктуу негиз түзөт. Кошумчалай кетсек, сапфирдин эң сонун жылуулук өткөрүмдүүлүгү жана оптикалык тунуктугу жогорку кубаттуулуктагы GaN түзүлүштөрүндө жылуулуктун эффективдүү диссипациясын жеңилдетип, туруктуулукту жана жарык чыгаруунун оптималдуу натыйжалуулугун камсыз кылат. Анын жогорку электр изоляциялык касиеттери сигналдын кийлигишүүсүн жана электр энергиясын жоготууларды азайтат. Сапфир менен GaN айкалышы жарыктандыруу жана дисплей базарларында үстөмдүк кылган GaN негизиндеги диоддор, анын ичинде тиричилик LED лампаларынан баштап чоң сырткы экрандарга чейин, ошондой эле оптикалык байланышта жана так лазердик иштетүүдө колдонулган лазердик диоддордун өнүгүшүнө алып келди.
XKHнын GaN-on-сапфир вафли
Жарым өткөргүчтөрдү колдонуунун чектерин кеңейтүү
(1) Аскердик жана аэрокосмостук колдонмолордогу "Калкан"
Аскердик жана аэрокосмостук колдонмолордо жабдуулар көбүнчө экстремалдык шарттарда иштейт. Космосто космостук аппараттар абсолюттук нөлгө жакын температурага, интенсивдүү космостук нурланууга жана вакуумдук чөйрөнүн кыйынчылыктарына туруштук берет. Аскердик учактар болсо жогорку ылдамдыкта учуу учурунда аэродинамикалык жылытуудан, ошондой эле жогорку механикалык жүктөмдөрдүн жана электромагниттик тоскоолдуктардан улам 1000°С ашкан беттин температурасына туш болушат.
Сапфир кристаллынын уникалдуу касиеттери аны бул тармактардагы маанилүү компоненттер үчүн идеалдуу материал кылат. Анын өзгөчө жогорку температурага туруктуулугу — 2,045°Сге чейин туруштук берип, структуралык бүтүндүгүн сактоо — жылуулук стрессинде ишенимдүү иштөөнү камсыз кылат. Анын радиациялык катуулугу космостук жана ядролук чөйрөлөрдөгү функцияларды да сактап, сезимтал электрониканы эффективдүү коргойт. Бул атрибуттар сапфирдин жогорку температурадагы инфракызыл (IR) терезелерде кеңири колдонулушуна алып келди. Ракета багыттоо системаларында IR терезелери максатты так аныктоону камсыз кылуу үчүн өтө ысык жана ылдамдыкта оптикалык тунуктуулукту сакташы керек. Sapphire негизиндеги IR терезелери жогорку жылуулук туруктуулукту мыкты IR өткөрүмдүүлүк менен айкалыштырат, бул жетекчиликтин тактыгын кыйла жакшыртат. Аэрокосмосто сапфир спутниктик оптикалык системаларды коргойт, бул катаал орбиталык шарттарда так сүрөт тартууга мүмкүндүк берет.
XKH'sсапфир оптикалык терезелер
(2) Супер өткөргүчтөр жана микроэлектроника үчүн жаңы фонд
Өтө өткөргүчтүктө сапфир супер өткөргүч жука пленкалар үчүн алмаштырылгыс субстрат катары кызмат кылат, алар нөлдүк каршылыкты өткөрүүгө мүмкүндүк берет — революциялык электр өткөргүчтөрүн, маглев поезддерин жана MRI системаларын. Жогорку өндүрүмдүүлүктөгү супер өткөргүч пленкалар туруктуу тор структуралары бар субстраттарды талап кылат, ал эми сапфирдин магний дибориди (MgB₂) сыяктуу материалдар менен шайкештиги критикалык токтун тыгыздыгы жана критикалык магнит талаасы менен пленкалардын өсүшүнө мүмкүндүк берет. Мисалы, сапфир колдогон супер өткөргүч пленкаларды колдонгон электр кабелдери энергиянын жоготууларын азайтуу аркылуу өткөрүүнүн натыйжалуулугун кескин жакшыртат.
Микроэлектроникада R-тегиздиги (<1-102>) жана А-тегиздиги (<11-20>) сыяктуу спецификалык кристаллографиялык ориентациялары бар сапфир субстраттары өркүндөтүлгөн интегралдык микросхемалар (ICs) үчүн ылайыкташтырылган кремний эпитаксиалдык катмарларына мүмкүндүк берет. R-тегиздик сапфири жогорку ылдамдыктагы ИК-лердеги кристаллдык кемчиликтерди азайтып, операциялык ылдамдыкты жана туруктуулукту жогорулатат, ал эми A-тегиздигинин сапфиринин изоляциялык касиеттери жана бирдиктүү өткөргүчтүүлүгү гибриддик микроэлектрониканы жана жогорку температурадагы супер өткөргүч интеграциясын оптималдаштырат. Бул субстраттар жогорку өндүрүмдүүлүктөгү эсептөө жана телекоммуникациялык инфраструктурадагы негизги микросхемалардын негизин түзөт.
XKHнынАlN-on-NPSS Wafer
Жарым өткөргүчтөрдөгү сапфир кристаллынын келечеги
Sapphire буга чейин жарым өткөргүчтөр боюнча, чиптерди жасоодон баштап аэрокосмостук жана супер өткөргүчтөргө чейин эбегейсиз баалуулугун көрсөттү. Технология өнүккөн сайын анын ролу дагы кеңейет. Жасалма интеллектте сапфир менен колдоого алынган аз кубаттуулуктагы, жогорку өндүрүмдүүлүктөгү чиптер AIнын саламаттыкты сактоо, транспорт жана каржы тармагындагы жетишкендиктерин камсыз кылат. Кванттык эсептөөдө сапфирдин материалдык касиеттери аны кубит интеграциясы үчүн келечектүү талапкер катары көрсөтөт. Ошол эле учурда, GaN-on-sapphire түзмөктөрү 5G / 6G байланыш жабдыктарына болгон талаптарды канааттандырат. Алдыга карай сапфир жарым өткөргүч инновациясынын негизи болуп кала берет, адамзаттын технологиялык прогрессине күч берет.
XKHнын GaN-on-сапфир эпитаксиалдык вафли
XKH заманбап колдонмолор үчүн тактык менен иштелип чыккан сапфир оптикалык терезелерди жана GaN-on-сапфир пластинкаларын сунуштайт. Проприетардык кристалл өстүрүүнү жана нано масштабдуу жылмалоо технологияларын колдонуу менен биз ультра жалпак сапфир терезелерди ультрафиолет нурдан IR спектрине өзгөчө өткөргүч менен камсыз кылабыз, аэрокосмостук, коргонуу жана жогорку кубаттуу лазердик системалар үчүн идеалдуу.
Посттун убактысы: 18-апрель-2025