Күнделікті өмірде смартфондар мен смарт сағаттар сияқты электронды құрылғылар таптырмас серікке айналды. Бұл құрылғылар барған сайын жұқа, бірақ күштірек болып келеді. Сіз олардың үздіксіз эволюциясына не мүмкіндік беретінін ойлап көрдіңіз бе? Жауап жартылай өткізгіш материалдарда жатыр және бүгін біз олардың ішіндегі ең көрнектілерінің біріне - сапфир кристалына назар аударамыз.
Негізінен α-Al₂O₃-дан тұратын сапфир кристалы алтыбұрышты тор құрылымын құра отырып, ковалентті байланысқан үш оттегі атомы мен екі алюминий атомынан тұрады. Сыртқы түрі асыл тұқымды сапфирге ұқсағанымен, өнеркәсіптік сапфир кристалдары жоғары өнімділікке баса назар аударады. Химиялық инертті, ол суда ерімейді және қышқылдар мен сілтілерге төзімді, қатал ортада тұрақтылықты сақтайтын «химиялық қалқан» ретінде әрекет етеді. Оған қоса, ол жарықты тиімді өткізуге мүмкіндік беретін тамаша оптикалық мөлдірлікті көрсетеді; күшті жылу өткізгіштік, қызып кетуді болдырмайды; және тамаша электр оқшаулау, ағып кетусіз тұрақты сигнал беруді қамтамасыз етеді. Механикалық тұрғыдан алғанда, сапфир гауһар тастан кейінгі 9 Mohs қаттылығымен мақтана алады, бұл оны тозуға және эрозияға төзімді етеді - талап етілетін қолданбалар үшін өте қолайлы.
Чип өндірісіндегі құпия қару
(1) Төмен қуатты чиптерге арналған негізгі материал
Электроника миниатюризацияға және жоғары өнімділікке бет алған сайын, төмен қуатты чиптер маңызды болды. Дәстүрлі чиптер наносөлшемді қалыңдықта оқшаулаудың деградациясынан зардап шегеді, бұл токтың ағып кетуіне, қуат тұтынудың жоғарылауына және тұрақтылық пен қызмет ету мерзіміне нұқсан келтіретін қызып кетуге әкеледі.
Шанхай микрожүйе және ақпараттық технологиялар институтының (SIMIT) зерттеушілері, Қытай ғылым академиясы, монокристалды алюминийді бір кристалды алюминий оксидіне (сапфир) түрлендіретін металл-интеркалацияланған тотығу технологиясын қолдана отырып, жасанды сапфир диэлектрлік пластиналар әзірледі. Қалыңдығы 1 нм болғанда, бұл материал күйдің тығыздығын азайту және 2D жартылай өткізгіштермен интерфейс сапасын жақсартуда кәдімгі аморфты диэлектриктерден екі есе артық жұмыс істейтін өте төмен ағып кету тогын көрсетеді. Мұны 2D материалдарымен біріктіру қуатты аз чиптерге мүмкіндік береді, смартфондардағы батареяның қызмет ету мерзімін едәуір ұзартады және AI және IoT қолданбаларында тұрақтылықты арттырады.
(2) Галлий нитриді (GaN) үшін тамаша серіктес
Жартылай өткізгіштер саласында галлий нитриді (GaN) өзінің ерекше артықшылықтарының арқасында жарқыраған жұлдыз ретінде пайда болды. Кең диапазонды жартылай өткізгіш материал ретінде 3,4 эВ диапазонында (кремнийдің 1,1 эВ-інен айтарлықтай үлкен) GaN жоғары температурада, жоғары вольтты және жоғары жиілікті қолданбаларда жақсы жұмыс істейді. Оның жоғары электрондардың ұтқырлығы және сыни өрістің кернеулігі оны жоғары қуатты, жоғары температура, жоғары жиілікті және жарықтығы жоғары электрондық құрылғылар үшін тамаша материал етеді. Қуат электроникада GaN негізіндегі құрылғылар қуатты түрлендіруде және энергияны басқаруда жоғары өнімділікті ұсына отырып, энергияны аз тұтынумен жоғары жиіліктерде жұмыс істейді. Микротолқынды коммуникацияларда GaN 5G қуат күшейткіштері сияқты жоғары қуатты, жоғары жиілікті компоненттерді қосады, сигнал беру сапасы мен тұрақтылығын арттырады.
Сапфир кристалы GaN үшін «мінсіз серіктес» болып саналады. Оның GaN торының сәйкессіздігі кремний карбидіне (SiC) қарағанда жоғары болса да, сапфир субстраттары GaN эпитаксисі кезінде төмен термиялық сәйкессіздікті көрсетеді, бұл GaN өсуінің тұрақты негізін қамтамасыз етеді. Бұған қоса, сапфирдің тамаша жылу өткізгіштігі мен оптикалық мөлдірлігі жоғары қуатты GaN құрылғыларында тиімді жылуды таратуды жеңілдетеді, жұмыс тұрақтылығын және жарық шығарудың оңтайлы тиімділігін қамтамасыз етеді. Оның жоғары электр оқшаулау қасиеттері сигналдың кедергісін және қуат жоғалуын одан әрі азайтады. Сапфир мен GaN үйлесімі жарықтандыру және дисплей нарығында үстемдік ететін GaN негізіндегі жарықдиодты шамдарды қоса алғанда, тұрмыстық жарықдиодты шамдардан бастап үлкен сыртқы экрандарға дейін, сондай-ақ оптикалық байланыс пен дәлдікпен лазерлік өңдеуде қолданылатын лазерлік диодтар сияқты жоғары өнімді құрылғылардың дамуына әкелді.
XKH компаниясының GaN-on-сапфир пластинасы
Жартылай өткізгіштік қолданбалардың шекараларын кеңейту
(1) Әскери және аэроғарыштық қолданбалардағы «Қалқан».
Әскери және аэроғарыштық қолданбалардағы жабдықтар жиі экстремалды жағдайларда жұмыс істейді. Ғарышта ғарыш аппараттары нөлге жақын температураға, қарқынды ғарыштық сәулеленуге және вакуумдық ортаның қиындықтарына төтеп береді. Әскери ұшақтар жоғары жылдамдықтағы ұшу кезінде аэродинамикалық қыздыру, сонымен қатар жоғары механикалық жүктемелер мен электромагниттік кедергілер салдарынан бетінің температурасы 1000°C-тан асатын болады.
Сапфир кристалының бірегей қасиеттері оны осы салалардағы маңызды компоненттер үшін тамаша материал етеді. Оның ерекше жоғары температураға төзімділігі — құрылымдық тұтастықты сақтай отырып, 2045°C дейін төтеп беру — термиялық кернеу кезінде сенімді өнімділікті қамтамасыз етеді. Оның радиациялық қаттылығы сонымен қатар ғарыштық және ядролық ортада функционалдылықты сақтай отырып, сезімтал электрониканы тиімді қорғайды. Бұл атрибуттар сапфирдің жоғары температуралы инфрақызыл (ИК) терезелерде кеңінен қолданылуына әкелді. Зымырандарды бағыттау жүйелерінде инфрақызыл терезелер нысананы дәл анықтауды қамтамасыз ету үшін қатты қызу мен жылдамдықта оптикалық айқындықты сақтауы керек. Сапфир негізіндегі IR терезелері жоғары термиялық тұрақтылықты жоғары инфрақызыл өткізгіштікпен біріктіріп, нұсқаулық дәлдігін айтарлықтай жақсартады. Аэроғарыш саласында сапфир спутниктік оптикалық жүйелерді қорғайды, бұл орбиталық ауыр жағдайларда анық бейнені алуға мүмкіндік береді.
XKHсапфир оптикалық терезелер
(2) Асқын өткізгіштер мен микроэлектрониканың жаңа негізі
Асқын өткізгіштікте сапфир асқын өткізгіш жұқа қабықшалар үшін таптырмас субстрат ретінде қызмет етеді, ол нөлдік кедергісі бар өткізгіштікке мүмкіндік береді - революциялық қуат беруді, маглевтік пойыздарды және МРТ жүйелерін. Жоғары өнімді асқын өткізгіш пленкалар тұрақты тор құрылымдары бар субстраттарды қажет етеді, ал сапфирдің магний дибориді (MgB₂) сияқты материалдармен үйлесімділігі күшейтілген критикалық ток тығыздығы мен сыни магнит өрісі бар пленкалардың өсуіне мүмкіндік береді. Мысалы, сапфир қолдайтын асқын өткізгіш пленкаларды пайдаланатын қуат кабельдері энергия жоғалуын азайту арқылы беру тиімділігін күрт жақсартады.
Микроэлектроникада R-жазықтық (<1-102>) және A-жазықтық (<11-20>) сияқты арнайы кристаллографиялық бағдарлары бар сапфирді субстраттар жетілдірілген интегралдық схемалар (IC) үшін арнайы кремний эпитаксиалды қабаттарын қосады. R-жазық сапфирі жоғары жылдамдықты IC-лердегі кристалдық ақауларды азайтып, жұмыс жылдамдығы мен тұрақтылығын арттырады, ал A-жазықтық сапфирдің оқшаулағыш қасиеттері мен біркелкі өткізгіштігі гибридті микроэлектроника мен жоғары температуралық асқын өткізгіш интеграциясын оңтайландырады. Бұл субстраттар өнімділігі жоғары есептеуіш және телекоммуникациялық инфрақұрылымдағы негізгі чиптерді негіздейді.
XKHныңАlN-on-NPSS вафли
Жартылай өткізгіштердегі сапфир кристалының болашағы
Сапфир қазірдің өзінде жартылай өткізгіштерде, чип жасаудан аэроғарыштық және суперөткізгіштерге дейін орасан зор құндылықты көрсетті. Технология дамыған сайын оның рөлі одан әрі кеңейеді. Жасанды интеллектте сапфирді қолдайтын қуаты аз, өнімділігі жоғары чиптер денсаулық сақтау, көлік және қаржы салаларындағы AI жетістіктерін басқарады. Кванттық есептеулерде сапфирдің материалдық қасиеттері оны кубит интеграциясына перспективалы үміткер ретінде орналастырады. Сонымен қатар, GaN-on-сапфир құрылғылары 5G/6G байланыс аппаратурасына сұраныстың артуына жауап береді. Алға қарай сапфир адамзаттың технологиялық прогресіне қуат беретін жартылай өткізгіш инновациялардың негізі болып қала береді.
XKH GaN-on-сапфир эпитаксиалды пластинасы
XKH ең озық қолданбалар үшін дәлдікпен жасалған сапфирді оптикалық терезелер мен GaN-on-сапфир пластинкасының шешімдерін ұсынады. Меншікті кристалды өсіру және наноөлшемді жылтырату технологияларын қолдана отырып, біз аэроғарыш, қорғаныс және жоғары қуатты лазерлік жүйелер үшін өте қолайлы ультракүлгін сәулелерден IR спектрлеріне ерекше беріліспен ультра жалпақ сапфир терезелерін қамтамасыз етеміз.
Жіберу уақыты: 18 сәуір-2025 ж