Drobny kryształ szafiru napędza "wielką przyszłość" półprzewodników

Drobny kryształ szafiru napędza "wielką przyszłość" półprzewodników

W naszym codziennym życiu urządzenia elektroniczne, takie jak telefony komórkowe i inteligentne zegarki, stały się nieodłącznymi towarzyszami.Urządzenia te stają się coraz cieńsze i lżejsze, oferując jednocześnie bardziej wydajne funkcjeOdpowiedź to materiały półprzewodnikowe, a dzisiaj skupiamy się na jednym z najwybitniejszych w tej dziedzinie:.

Kryształ szafiru, składający się głównie z α-Al2O3, powstaje w wyniku połączenia trzech atomów tlenu i dwóch atomów aluminium poprzez wiązanie kowalentne, co powoduje sześciokątną strukturę kryształową.WizualnieJednak jako materiał półprzewodnikowy, kryształ szafiru jest bardziej ceniony ze względu na swoje doskonałe właściwości.Wykazuje niezwykłą stabilność chemiczną, zazwyczaj nierozpuszczalny w wodzie i odporny na korozję kwasów i zasad, działający jako "ochrona chemiczna", która utrzymuje swoje właściwości w różnych środowiskach chemicznych.Dodatkowo, posiada dobrą przepuszczalność światła, umożliwiającą płynne przepływ światła; doskonałą przewodność cieplną, która pomaga szybko rozpraszać ciepło, aby zapobiec "przerzewaniu" urządzeń;i wyjątkowa izolacja elektryczna, zapewnia stabilną transmisję sygnałów elektronicznych i zapobiega problemom z wyciekiem.Po pierwsze po diamancie w naturze, co czyni go wysoce odpornym na zużycie i erozję i zdolnym do "trzymania się" w różnych złożonych środowiskach.

"Tajna broń" w produkcji chipów

(I) Kluczowy materiał do chipów o niskiej mocy

Obecnie urządzenia elektroniczne szybko ewoluują w kierunku miniaturyzacji i wysokiej wydajności.i bezprzewodowe słuchawki mają dłuższą żywotność baterii i szybsze działanieTo stawia niezwykle wysokie wymagania wobec układów, przy czym układy niskoenergetyczne stają się celem przemysłu.występuje spadek izolacji materiałów dielektrycznych w skali nanometrowej, co prowadzi do wycieku prądu, zwiększonego zużycia energii, silnego ogrzewania urządzenia oraz zmniejszonej stabilności i długości życia.

Zespół naukowców z Szanghajskiego Instytutu Mikrosystemów i Technologii Informacyjnych Chińskiej Akademii Nauk, po latach badań,z powodzeniem opracowano sztuczne płytki dielektryczne z szafiru, zapewniając silne wsparcie techniczne dla rozwoju chipów o niskiej mocy.Wykorzystali innowacyjną technikę utleniania metali poprzez interkalację, aby utlenić jednokrystaliczny aluminium w jednokrystaliczny tlenek aluminium.Materiał ten osiąga niezwykle niski prąd przecieku o grubości 1 nanometra, skutecznie rozwiązując wyzwania, przed którymi stoją tradycyjne materiały dielektryczne.W porównaniu z tradycyjnymi materiałami dielektrycznymi amorficznymi, sztuczne płytki dielektryczne z szafiru mają znaczące zalety strukturalne i elektroniczne,z gęstością stanu zmniejszoną o dwa rzędy wielkości i znacznie ulepszonymi interfejsami z dwuwymiarowymi materiałami półprzewodnikowymiZespół badawczy wykorzystał ten materiał w połączeniu z materiałami dwuwymiarowymi, aby z powodzeniem wyprodukować urządzenia o niskiej mocy.znaczące zwiększenie trwałości baterii i wydajności operacyjnej układówOsiągnięcie to oznacza, że w przypadku smartfonów żywotność baterii będzie znacznie wydłużona, eliminując konieczność częstego ładowania.Chipy o niskiej mocy umożliwią bardziej stabilną i dłuższą pracę urządzenia, przyczyniając się do szybszego rozwoju w tych obszarach.

(II) "Idealny partner azotanu galiu"

W dziedzinie półprzewodników azotan galliowy (GaN) wyróżnia się jako świecąca gwiazda ze względu na swoje wyjątkowe zalety.znacznie większy niż krzemowy 1.1eV, GaN wyróżnia się w zastosowaniach o wysokiej temperaturze, wysokim napięciu i wysokiej częstotliwości, oferując wysoką mobilność elektronów i siłę pola elektrycznego rozkładu,co czyni go idealnym materiałem do produkcji wysokiej mocyNa przykład w dziedzinie elektroniki mocy urządzenia zasilania GaN działają na wyższych częstotliwościach przy niższym zużyciu energii,oferuje znaczące zalety w konwersji mocy i zarządzaniu jakością energiiW dziedzinie łączności mikrofalowej GaN jest stosowany do produkcji urządzeń komunikacyjnych o wysokiej mocy i wysokiej częstotliwości, takich jak wzmacniacze mocy w komunikacji komórkowej 5G,które poprawiają jakość i stabilność transmisji sygnału.

Kryształ szafiru i azot galiowy są idealnym partnerem.substraty szafirowe wykazują mniejsze niezgodności termiczne podczas epitaksy GaN, zapewniając stabilną podstawę dla wzrostu GaN.dobra przewodność cieplna i przejrzystość optyczna kryształu safiru pozwalają szybko rozpraszać ciepło podczas pracy urządzeń GaN w wysokich temperaturachPonadto doskonała izolacja elektryczna kryształu safiru skutecznie zmniejsza zakłócenia sygnału i utratę mocy.Na bazie połączenia kryształu szafiru i azotanu galiuW dziedzinie diod LED diody LED na bazie GaN stały się głównym źródłem energii na rynku, szeroko stosowane w zastosowaniach oświetleniowych i wyświetlaczy,od żarówek LED dla gospodarstw domowych po duże ekrany zewnętrzneLasery odgrywają również ważną rolę w komunikacji optycznej i przetwarzaniu laserowym.

Rozszerzenie granic zastosowań półprzewodników

(I) "Ochrona" w dziedzinie wojskowej i lotniczej

W przestrzeni kosmicznej statki kosmiczne mają do czynienia z temperaturą niemal absolutnego zera, intensywnym promieniowaniem kosmicznym,i wyzwań stwarzanych przez środowiska próżnioweSprzęt wojskowy, taki jak myśliwce, doświadcza temperatur przekraczających 1000°C z powodu tarcia powietrza podczas dużych prędkości lotu, wraz z dużym przeciążeniem i silnymi zakłóceniami elektromagnetycznymi.

Kryształ szafirowy, ze swoimi wyjątkowymi właściwościami, jest idealnym materiałem do krytycznych elementów w tych dziedzinach.o temperaturze do 2045°C, przy jednoczesnym zachowaniu stabilności konstrukcyjnej bez deformacji lub topnienia, działając jako elastyczny "stróż wysokiej temperatury" w celu zapewnienia normalnej pracy urządzenia.Wydajność kryształu szafiru pozostaje niemal bez zmian., skutecznie chroniąc wewnętrzne elementy elektroniczne.

Na podstawie tych cech, kryształ szafiru jest szeroko stosowany w produkcji wysokotemperaturowych okien podczerwonych. infrared windows are crucial components that must maintain good light transmittance under high temperatures and high-speed flight conditions to allow infrared detectors to accurately capture target infrared signalsOkna podczerwone oparte na kryształach szafiru nie tylko wytrzymują wysokie temperatury, ale również zapewniają wysoką przepuszczalność światła podczerwonego, znacząco poprawiając dokładność sterowania pociskami.W dziedzinie lotnictwa kosmicznego, sprzęt optyczny satelitarny opiera się również na kryształach szafiru, zapewniając stabilną ochronę instrumentów optycznych w trudnych środowiskach kosmicznych i zapewniając wyraźne i dokładne obrazy satelitarne.

(II) "Nowa Fundacja Superprzewodnictwa i Mikroelektroniki"

W dziedzinie nadprzewodnictwa kryształ szafiru służy jako niezbędny podłoże dla filmów nadprzewodzących.Pociągi lewitujące magnetycznie, oraz obrazowanie rezonansem magnetycznym jądrowym, umożliwiające przewodzenie elektryczne bez oporu i znacząco zmniejszające straty energii.Przygotowanie wysokowydajnych filmów nadprzewodzących wymaga wysokiej jakości materiałów podłożowychStabilna struktura kryształu szafiru i dobre dopasowanie siatki do materiałów nadprzewodzących stanowią stabilną podstawę do wzrostu folii nadprzewodzącej.Poprzez epitaksowy wzrost materiałów nadprzewodzących, takich jak MgB2 (diborek magnezu) na kryształach szafiru, można przygotować wysokiej jakości folie nadprzewodnikowe, z znaczącą poprawą gęstości krytycznego prądu i wskaźników krytycznej wydajności pola magnetycznego.wykorzystanie folii nadprzewodzących na bazie substratów szafirowych do kabli może znacznie zwiększyć wydajność przesyłu mocy i zmniejszyć straty energii podczas przesyłu.

W dziedzinie mikroelektroniki układów scalonych kryształ szafiru odgrywa również ważną rolę.,Wykorzystując te cechy, można wyhodować warstwy krzemowe o specyficznych właściwościach elektrycznych.Substraty szafirowe w płaszczyźnie R są powszechnie stosowane w szybkich układach scalonych, zapewniając dobre dopasowanie siatki do warstw krzemowych, zmniejszając defekty kryształowe, a tym samym poprawiając prędkość i stabilność układu scalonego.ze względu na ich wysoką izolację i jednolite właściwości pojemności, są szeroko stosowane w technologii hybrydowej mikroelektroniki.Nie tylko służą jako podłoże wzrostu dla nadprzewodników o wysokiej temperaturze, ale także pomagają zoptymalizować układ obwodu w projektowaniu układów scalonych, zwiększając integrację i niezawodność obwodów. Urządzenia elektroniczne najnowocześniejsze, takie jak chipy rdzeniowe w wysokowydajnych komputerach i stacjach bazowych łączności, są wyposażone w substraty safiru,zapewnienie solidnego wsparcia dla rozwoju technologii mikroelektroniki.

Przyszły plan kryształu szafirowego

Kryształ szafirowy wykazał już znaczącą wartość zastosowania w dziedzinie półprzewodników, odgrywając niezbędną rolę w produkcji chipów, zastosowaniach wojskowych i lotniczych,nadprzewodnictwoWraz z postępem technologii, kryształ szafiru ma osiągnąć przełomy w wielu dziedzinach w przyszłości.W związku z rosnącym zapotrzebowaniem na wydajność układów komputerowych, istnieje pilna potrzeba niskoenergetycznych, wydajnych chipów.Oczekuje się, że będzie to napędzać dalszy rozwój chipów sztucznej inteligencji i promować szersze zastosowania technologii sztucznej inteligencji w takich dziedzinach, jak opieka zdrowotna.W dziedzinie obliczeń kwantowych, chociaż wciąż na wczesnym etapie, doskonałe właściwości kryształu safiru czynią go potencjalnym materiałem kandydującym do chipów kwantowych,wspieranie przełomów w technologii obliczeń kwantowych.

ZMSH specjalizuje się w wysokiej klasy oknach optycznych z szafiru i płytkach epitaksowych GaN na szafiru, dostosowanych do zastosowań krytycznych dla misji.Nasze szafirowe okna łączą trwałość wojskową z perfekcją optyczną, o grubości powierzchni poniżej angstromu dla lepszej transmisji światła w ekstremalnych warunkach.Platforma GaN-on-sapphire osiąga przełomową wydajność dzięki naszej opatentowanej technologii redukcji wad, zapewniając gęstość dyslokacji <3E6/cm2 dla urządzeń RF i optoelektronicznych o dużej mocy.ZMSH umożliwia klientom przesunięcie granic fotoniki i wydajności elektroniki mocy.

AlN-On-Sapphire epitaksyalna płytka ZMSH