Күнделікті өмірде смартфондар мен ақылды сағаттар сияқты электрондық құрылғылар таптырмас серіктерге айналды. Бұл құрылғылар барған сайын жіңішке, бірақ қуатты болып келеді. Олардың үздіксіз эволюциясына не мүмкіндік беретіні туралы ойланып көрдіңіз бе? Жауап жартылай өткізгіш материалдарда жатыр, және бүгін біз олардың ішіндегі ең көрнектілерінің біріне - сапфир кристалына назар аударамыз.
Негізінен α-Al₂O₃-тан тұратын сапфир кристалы ковалентті түрде байланысқан үш оттегі атомынан және екі алюминий атомынан тұрады, алтыбұрышты торлы құрылымды құрайды. Сыртқы түрі бойынша асыл тасты сапфирге ұқсайтынымен, өнеркәсіптік сапфир кристалдары жоғары өнімділікті көрсетеді. Химиялық тұрғыдан инертті, ол суда ерімейді және қышқылдар мен сілтілерге төзімді, қатал ортада тұрақтылықты сақтайтын «химиялық қалқан» ретінде әрекет етеді. Сонымен қатар, ол тиімді жарық беруді қамтамасыз ететін тамаша оптикалық мөлдірлікті; қызып кетудің алдын алатын күшті жылу өткізгіштікті; және керемет электр оқшаулауын көрсетеді, ағып кетпей тұрақты сигнал беруді қамтамасыз етеді. Механикалық тұрғыдан сапфир Мохс 9 қаттылығына ие, бұл тек алмастан кейінгі екінші орында, бұл оны тозуға және эрозияға төзімді етеді - бұл күрделі қолданбалар үшін өте қолайлы.
Чип өндірісіндегі құпия қару
(1) Төмен қуатты чиптерге арналған негізгі материал
Электроника миниатюризацияға және жоғары өнімділікке бет бұрған сайын, төмен қуатты чиптер маңызды рөл атқарды. Дәстүрлі чиптер наноөлшемді қалыңдықта оқшаулаудың нашарлауынан зардап шегеді, бұл токтың ағып кетуіне, қуат тұтынудың артуына және қызып кетуге әкеледі, бұл тұрақтылық пен қызмет ету мерзіміне қауіп төндіреді.
Қытай Ғылым академиясының Шанхай микрожүйе және ақпараттық технологиялар институтының (SIMIT) зерттеушілері металл интеркаляцияланған тотығу технологиясын қолдана отырып, жасанды сапфир диэлектрлік пластиналарын жасап шығарды, бұл монокристалды алюминийді монокристалды алюминий оксидіне (сапфир) айналдырады. 1 нм қалыңдықта бұл материал ультра төмен ағып кету тогын көрсетеді, күй тығыздығын азайтуда дәстүрлі аморфты диэлектриктерден екі есе асып түседі және 2D жартылай өткізгіштермен интерфейс сапасын жақсартады. Мұны 2D материалдарымен біріктіру төмен қуатты чиптерді пайдалануға мүмкіндік береді, смартфондардағы батареяның қызмет ету мерзімін айтарлықтай ұзартады және жасанды интеллект пен IoT қолданбаларындағы тұрақтылықты арттырады.
(2) Галлий нитриді (GaN) үшін тамаша серіктес
Жартылай өткізгіштер саласында галлий нитриді (GaN) өзінің ерекше артықшылықтарының арқасында жарқыраған жұлдызға айналды. Кремнийдің 1,1 эВ-тан айтарлықтай үлкен 3,4 эВ диапазонды диапазоны бар кең диапазонды жартылай өткізгіш материал ретінде GaN жоғары температуралы, жоғары вольтты және жоғары жиілікті қолданбаларда тамаша. Оның жоғары электронды қозғалғыштығы және сыни тесілу өрісінің кернеулігі оны жоғары қуатты, жоғары температуралы, жоғары жиілікті және жоғары жарықты электрондық құрылғылар үшін тамаша материал етеді. Қуатты электроникада GaN негізіндегі құрылғылар энергияны аз тұтынумен жоғары жиіліктерде жұмыс істейді, бұл қуатты түрлендіру және энергияны басқаруда жоғары өнімділік ұсынады. Микротолқынды байланыста GaN 5G қуат күшейткіштері сияқты жоғары қуатты, жоғары жиілікті компоненттерді пайдалануға мүмкіндік береді, бұл сигнал беру сапасы мен тұрақтылығын арттырады.
Сапфир кристалы GaN үшін «мінсіз серіктес» болып саналады. Оның GaN-мен торлы сәйкессіздігі кремний карбидіне (SiC) қарағанда жоғары болғанымен, сапфир негіздері GaN эпитаксиясы кезінде төмен жылулық сәйкессіздікті көрсетеді, бұл GaN өсуі үшін тұрақты негіз жасайды. Сонымен қатар, сапфирдің тамаша жылу өткізгіштігі мен оптикалық мөлдірлігі жоғары қуатты GaN құрылғыларында жылудың тиімді таралуын жеңілдетеді, жұмыс тұрақтылығын және жарық шығарудың оңтайлы тиімділігін қамтамасыз етеді. Оның жоғары электр оқшаулау қасиеттері сигнал кедергілері мен қуат шығынын одан әрі азайтады. Сапфир мен GaN үйлесімі жарықтандыру және дисплей нарықтарында - тұрмыстық жарықдиодты шамдардан бастап үлкен сыртқы экрандарға дейін - сондай-ақ оптикалық байланыс пен дәл лазерлік өңдеуде қолданылатын лазерлік диодтарды қоса алғанда, жоғары өнімді құрылғылардың дамуына әкелді.
XKH-тің GaN-on-on-сапфир вафлиі
Жартылай өткізгіштерді қолдану шекараларын кеңейту
(1) Әскери және аэроғарыштық қолданбалардағы «Қалқан»
Әскери және аэроғарыштық қолданбалардағы жабдықтар көбінесе экстремалды жағдайларда жұмыс істейді. Ғарышта ғарыш аппараттары абсолютті нөлге жақын температураға, қарқынды ғарыштық сәулеленуге және вакуумдық ортаның қиындықтарына төтеп береді. Сонымен қатар, әскери ұшақтар жоғары жылдамдықты ұшу кезінде аэродинамикалық қыздыру, сондай-ақ жоғары механикалық жүктемелер мен электромагниттік кедергілерге байланысты беткі температураның 1000°C-тан асатынына тап болады.
Сапфир кристалының ерекше қасиеттері оны осы салалардағы маңызды компоненттер үшін тамаша материал етеді. Оның ерекше жоғары температураға төзімділігі - құрылымдық тұтастығын сақтай отырып, 2045°C дейін төзімділігі - термиялық кернеу кезінде сенімді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді. Оның радиациялық қаттылығы ғарыштық және ядролық ортада функционалдылықты сақтайды, сезімтал электрониканы тиімді қорғайды. Бұл қасиеттер сапфирдің жоғары температуралы инфрақызыл (ИҚ) терезелерде кеңінен қолданылуына әкелді. Зымыранды бағыттау жүйелерінде ИҚ терезелері нысананы дәл анықтауды қамтамасыз ету үшін қатты ыстық пен жылдамдық кезінде оптикалық айқындықты сақтауы керек. Сапфир негізіндегі ИҚ терезелері жоғары термиялық тұрақтылықты жоғары ИҚ өткізгіштігімен біріктіреді, бұл бағыттау дәлдігін айтарлықтай жақсартады. Әуе-ғарыш саласында сапфир спутниктік оптикалық жүйелерді қорғайды, бұл қатал орбитальды жағдайларда айқын бейнелеуге мүмкіндік береді.
XXKH-ларсапфир оптикалық терезелер
(2) Асқын өткізгіштер мен микроэлектрониканың жаңа негізі
Асқын өткізгіштікте сапфир аса өткізгіш жұқа пленкалар үшін таптырмас негіз болып табылады, бұл нөлдік кедергісіз өткізуді қамтамасыз етеді — қуат беруді, маглев пойыздарын және МРТ жүйелерін төңкеріске ұшыратады. Жоғары өнімді асқын өткізгіш пленкалар тұрақты торлы құрылымдары бар негіздерді қажет етеді, ал сапфирдің магний дибориді (MgB₂) сияқты материалдармен үйлесімділігі критикалық ток тығыздығы мен критикалық магнит өрісі жоғары пленкалардың өсуіне мүмкіндік береді. Мысалы, сапфирмен қолдау көрсетілетін асқын өткізгіш пленкаларды пайдаланатын қуат кабельдері энергия шығынын азайту арқылы беру тиімділігін айтарлықтай жақсартады.
Микроэлектроникада R-жазықтық (<1-102>) және A-жазықтық (<11-20>) сияқты нақты кристаллографиялық бағдарлары бар сапфир негіздері озық интегралдық микросхемалар (IC) үшін арнайы кремний эпитаксиалды қабаттарын жасауға мүмкіндік береді. R-жазықтық сапфир жоғары жылдамдықты IC-лердегі кристалдық ақауларды азайтады, жұмыс жылдамдығы мен тұрақтылығын арттырады, ал A-жазықтық сапфирдің оқшаулағыш қасиеттері мен біркелкі диэлектрлік өткізгіштігі гибридті микроэлектрониканы және жоғары температуралы өткізгіштік интеграцияны оңтайландырады. Бұл негіздері жоғары өнімді есептеу және телекоммуникациялық инфрақұрылымдағы негізгі чиптердің негізін құрайды.
XXKHныңАlN-on-NPSS пластинасы
Жартылай өткізгіштердегі сапфир кристалының болашағы
Сапфир чиптерді жасаудан бастап аэроғарыш және аса өткізгіштерге дейінгі жартылай өткізгіштерде үлкен құндылық көрсетті. Технология дамыған сайын оның рөлі одан әрі арта түседі. Жасанды интеллектте сапфирмен қолдау көрсетілетін төмен қуатты, жоғары өнімді чиптер денсаулық сақтау, көлік және қаржы салаларындағы жасанды интеллекттің дамуына ықпал етеді. Кванттық есептеулерде сапфирдің материалдық қасиеттері оны qubit интеграциясы үшін перспективалы кандидат ретінде көрсетеді. Сонымен қатар, GaN-on-sapfir құрылғылары 5G/6G байланыс жабдықтарына деген өсіп келе жатқан сұранысты қанағаттандырады. Алдағы уақытта сапфир адамзаттың технологиялық прогресін қамтамасыз ететін жартылай өткізгіш инновацияның негізі болып қала береді.
XKH-ның GaN-он-сапфир эпитаксиалды пластинасы
XKH заманауи қолданбалар үшін дәлдікпен жасалған сапфир оптикалық терезелер мен GaN-on-sapfir пластина шешімдерін ұсынады. Меншікті кристалды өсіру және наноөлшемді жылтырату технологияларын пайдалана отырып, біз аэроғарыш, қорғаныс және жоғары қуатты лазерлік жүйелер үшін өте қолайлы, УК-ден ИҚ спектрлеріне ерекше беріліс беретін ультра жалпақ сапфир терезелерін ұсынамыз.
Жарияланған уақыты: 18 сәуір 2025 ж.