Во секојдневниот живот, електронските уреди како што се паметните телефони и паметните часовници станаа неопходни придружници. Овие уреди стануваат сè потенки, но помоќни. Дали некогаш сте се запрашале што овозможува нивна континуирана еволуција? Одговорот лежи во полупроводничките материјали, а денес се фокусираме на еден од најистакнатите меѓу нив - сафирниот кристал.
Сафирниот кристал, првенствено составен од α-Al₂O₃, се состои од три атоми на кислород и два атоми на алуминиум ковалентно врзани, формирајќи хексагонална решеткаста структура. Иако по изглед наликува на сафир од скапоцен камен, индустриските кристали на сафир нагласуваат супериорни перформанси. Хемиски инертен, нерастворлив е во вода и отпорен на киселини и алкалии, дејствувајќи како „хемиски штит“ што ја одржува стабилноста во сурови средини. Дополнително, покажува одлична оптичка транспарентност, овозможувајќи ефикасен пренос на светлина; силна топлинска спроводливост, спречувајќи прегревање; и извонредна електрична изолација, обезбедувајќи стабилен пренос на сигнал без протекување. Механички, сафирот се одликува со Мосова тврдост од 9, втора по големина веднаш по дијамантот, што го прави многу отпорен на абење и ерозија - идеален за тешки апликации.
Тајното оружје во производството на чипови
(1) Клучен материјал за чипови со ниска потрошувачка на енергија
Бидејќи електрониката се движи кон минијатуризација и високи перформанси, чиповите со мала потрошувачка на енергија станаа критични. Традиционалните чипови страдаат од деградација на изолацијата при наноскални дебелини, што доведува до истекување на струја, зголемена потрошувачка на енергија и прегревање, што ја нарушува стабилноста и животниот век.
Истражувачите од Шангајскиот институт за микросистеми и информатичка технологија (SIMIT), Кинеската академија на науките, развија вештачки сафирни диелектрични плочки со користење на технологија на оксидација интеркалирана со метал, претворајќи го монокристалниот алуминиум во монокристален алумина (сафир). Со дебелина од 1 nm, овој материјал покажува ултра ниска струја на истекување, надминувајќи ги конвенционалните аморфни диелектрици за два реда на големина во намалувањето на густината на состојбата и подобрувањето на квалитетот на интерфејсот со 2D полупроводници. Интегрирањето на ова со 2D материјали овозможува чипови со мала потрошувачка на енергија, значително продолжувајќи го животниот век на батеријата кај паметните телефони и подобрувајќи ја стабилноста во апликациите со вештачка интелигенција и IoT.
(2) Совршен партнер за галиум нитрид (GaN)
Во полето на полупроводници, галиум нитридот (GaN) се појави како сјајна ѕвезда поради неговите уникатни предности. Како полупроводнички материјал со широк енергетски јаз со енергетски јаз од 3,4 eV - значително поголем од силициумот од 1,1 eV - GaN се истакнува во апликации на висока температура, висок напон и висока фреквенција. Неговата висока електронска мобилност и критична јачина на полето на распаѓање го прават идеален материјал за електронски уреди со висока моќност, висока температура, висока фреквенција и висока осветленост. Во енергетската електроника, уредите базирани на GaN работат на повисоки фреквенции со помала потрошувачка на енергија, нудејќи супериорни перформанси во конверзијата на енергија и управувањето со енергијата. Во микробрановите комуникации, GaN овозможува компоненти со висока моќност и висока фреквенција, како што се 5G засилувачи на енергија, подобрувајќи го квалитетот и стабилноста на преносот на сигналот.
Сафирниот кристал се смета за „совршен партнер“ за GaN. Иако неговото несовпаѓање на решетката со GaN е поголемо од она на силициум карбидот (SiC), сафирните подлоги покажуваат помало термичко несовпаѓање за време на епитаксија на GaN, обезбедувајќи стабилна основа за раст на GaN. Дополнително, одличната топлинска спроводливост и оптичката транспарентност на сафирот овозможуваат ефикасна дисипација на топлина кај уреди со GaN со голема моќност, обезбедувајќи оперативна стабилност и оптимална ефикасност на излезот на светлина. Неговите супериорни својства на електрична изолација дополнително ги минимизираат пречките на сигналот и загубата на енергија. Комбинацијата на сафир и GaN доведе до развој на уреди со високи перформанси, вклучувајќи LED диоди базирани на GaN, кои доминираат на пазарите за осветлување и дисплеи - од LED светилки за домаќинства до големи надворешни екрани - како и ласерски диоди што се користат во оптичките комуникации и прецизната ласерска обработка.
Облога од GaN на сафир од XKH
Проширување на границите на полупроводничките апликации
(1) „Штитот“ во воените и воздухопловните апликации
Опремата во воените и воздухопловните апликации често работи во екстремни услови. Во вселената, вселенските летала издржуваат температури близу апсолутна нула, интензивно космичко зрачење и предизвиците на вакуумската средина. Во меѓувреме, воените авиони се соочуваат со површински температури над 1.000°C поради аеродинамичното загревање за време на брзиот лет, заедно со високи механички оптоварувања и електромагнетни пречки.
Уникатните својства на кристалот сафир го прават идеален материјал за критични компоненти во овие полиња. Неговата исклучителна отпорност на високи температури - издржување до 2.045°C, а воедно одржување на структурниот интегритет - обезбедува сигурни перформанси под термички стрес. Неговата тврдост на зрачењето, исто така, ја зачувува функционалноста во космичките и нуклеарните средини, ефикасно заштитувајќи ја чувствителната електроника. Овие атрибути доведоа до широка употреба на сафирот во инфрацрвени (IR) прозорци со висока температура. Во системите за насочување на ракети, IR прозорците мора да одржуваат оптичка јасност под екстремна топлина и брзина за да обезбедат прецизно откривање на целта. IR прозорците базирани на сафир комбинираат висока термичка стабилност со супериорна IR трансмисија, значително подобрувајќи ја прецизноста на насочувањето. Во воздухопловството, сафирот ги штити сателитските оптички системи, овозможувајќи јасно снимање во сурови орбитални услови.
XKHсафирни оптички прозорци
(2) Новата основа за суперпроводници и микроелектроника
Во суперспроводливоста, сафирот служи како неопходен супстрат за суперспроводливи тенки филмови, кои овозможуваат спроводливост со нулти отпор - револуционизирајќи го преносот на енергија, маглев возовите и МРИ системите. Високо-перформансните суперспроводливи филмови бараат супстрати со стабилни решеткасти структури, а компатибилноста на сафирот со материјали како магнезиум диборид (MgB₂) овозможува раст на филмови со подобрена критична густина на струја и критично магнетно поле. На пример, енергетските кабли што користат суперспроводливи филмови поткрепени со сафир драматично ја подобруваат ефикасноста на преносот со минимизирање на загубата на енергија.
Во микроелектрониката, сафирните супстрати со специфични кристалографски ориентации - како што се R-рамнина (<1-102>) и А-рамнина (<11-20>) - овозможуваат прилагодени силиконски епитаксијални слоеви за напредни интегрирани кола (IC). Сафирот во R-рамнина ги намалува кристалните дефекти кај високобрзинските интегрални кола, зголемувајќи ја оперативната брзина и стабилност, додека изолациските својства на сафирот во А-рамнина и униформната пермитивност ја оптимизираат хибридната микроелектроника и интеграцијата на високотемпературни суперспроводници. Овие супстрати се основа за јадрени чипови во високо-перформансна компјутерска и телекомуникациска инфраструктура.
XKHеАlN-на-NPSS плочка
Иднината на сафирниот кристал во полупроводниците
Сафирот веќе покажа огромна вредност во полупроводниците, од производство на чипови до воздухопловство и суперпроводници. Со напредокот на технологијата, неговата улога ќе се прошири уште повеќе. Во вештачката интелигенција, чиповите со ниска потрошувачка и високи перформанси поддржани од сафир ќе го поттикнат напредокот на вештачката интелигенција во здравството, транспортот и финансиите. Во квантното пресметување, својствата на материјалот на сафирот го позиционираат како ветувачки кандидат за интеграција на кубит. Во меѓувреме, уредите GaN-на-сафир ќе ги задоволат растечките барања за 5G/6G комуникациски хардвер. Во иднина, сафирот ќе остане камен-темелник на иновациите во полупроводниците, поттикнувајќи го технолошкиот напредок на човештвото.
Епитаксијална плочка од GaN на сафир од XKH
XKH испорачува прецизно изработени сафирни оптички прозорци и решенија од GaN на сафир за најсовремени апликации. Користејќи патентирани технологии за раст на кристали и полирање на наноскала, ние обезбедуваме ултра рамни сафирни прозорци со исклучителен пренос од UV до IR спектри, идеални за воздухопловни, одбранбени и високомоќни ласерски системи.
Време на објавување: 18 април 2025 година