Katika maisha ya kila siku, vifaa vya kielektroniki kama vile simu mahiri na saa mahiri vimekuwa viandamani vya lazima. Vifaa hivi vinazidi kuwa vidogo lakini vyenye nguvu zaidi. Umewahi kujiuliza ni nini huwezesha mageuzi yao ya kuendelea? Jibu liko katika vifaa vya semiconductor, na leo, tunazingatia mojawapo ya bora zaidi kati yao - kioo cha samafi.
Sapphire fuwele, inayoundwa kimsingi na α-Al₂O₃, ina atomi tatu za oksijeni na atomi mbili za alumini zilizounganishwa kwa ushirikiano, na kutengeneza muundo wa kimiani wenye pembe sita. Ingawa inafanana na yakuti ya hali ya juu kwa mwonekano, fuwele za yakuti za viwandani zinasisitiza utendakazi bora. Ajizi ya kemikali, haiyeyuki katika maji na sugu kwa asidi na alkali, hufanya kazi kama "ngao ya kemikali" ambayo hudumisha uthabiti katika mazingira magumu. Zaidi ya hayo, inaonyesha uwazi bora wa macho, kuruhusu maambukizi ya mwanga ya ufanisi; conductivity kali ya mafuta, kuzuia overheating; na insulation bora ya umeme, kuhakikisha upitishaji wa ishara thabiti bila kuvuja. Kiufundi, yakuti samawi ina ugumu wa Mohs wa 9, pili baada ya almasi, na kuifanya istahimili mmomonyoko wa hali ya juu—inafaa kwa matumizi ya kawaida.
Silaha ya Siri katika Utengenezaji wa Chip
(1) Nyenzo Muhimu kwa Chipu zenye Nguvu Chini
Kadiri utendakazi wa kielektroniki unavyoelekea katika uboreshaji mdogo na utendakazi wa hali ya juu, chip zenye nguvu kidogo zimekuwa muhimu. Chipu za kitamaduni zinakabiliwa na uharibifu wa insulation kwa unene wa nanoscale, na kusababisha uvujaji wa sasa, kuongezeka kwa matumizi ya nishati na joto kupita kiasi, ambayo huhatarisha uthabiti na maisha.
Watafiti katika Taasisi ya Mifumo midogo na Teknolojia ya Habari ya Shanghai (SIMIT), Chuo cha Sayansi cha China, walitengeneza kaki za dielectric za yakuti bandia kwa kutumia teknolojia ya oksidi iliyoingiliana ya metali, kubadilisha alumini ya fuwele moja kuwa alumina ya fuwele moja (sapphire). Katika unene wa nm 1, nyenzo hii inaonyesha uvujaji wa chini sana wa sasa, unaozidi utendaji wa dielektri za amofasi za kawaida kwa amri mbili za ukubwa katika kupunguza msongamano wa serikali na kuboresha ubora wa kiolesura na semiconductors za 2D. Kuunganisha hii na nyenzo za 2D huwezesha chipsi zenye nguvu kidogo, kupanua maisha ya betri kwa kiasi kikubwa katika simu mahiri na kuimarisha uthabiti katika programu za AI na IoT.
(2) Mshirika Kamili wa Gallium Nitride (GaN)
Katika uwanja wa semiconductor, gallium nitride (GaN) imeibuka kama nyota inayong'aa kutokana na faida zake za kipekee. Kama nyenzo ya semicondukta ya sehemu-pana iliyo na mkanda wa 3.4 eV—kubwa zaidi kuliko silikoni ya 1.1 eV—GaN ina ubora wa juu katika matumizi ya halijoto ya juu, voltage ya juu na masafa ya juu. Uhamaji wake wa juu wa elektroni na uthabiti muhimu wa uga wa kuvunjika huifanya kuwa nyenzo bora kwa vifaa vya nguvu ya juu, joto la juu, masafa ya juu, na vifaa vya elektroniki vya mwangaza wa juu. Katika umeme wa umeme, vifaa vinavyotokana na GaN hufanya kazi kwa masafa ya juu na matumizi ya chini ya nishati, ikitoa utendakazi wa hali ya juu katika ubadilishaji wa nishati na usimamizi wa nishati. Katika mawasiliano ya microwave, GaN huwezesha vipengele vya nguvu ya juu, vya masafa ya juu kama vile vikuza nguvu vya 5G, kuimarisha ubora na uthabiti wa utumaji mawimbi.
Sapphire crystal inachukuliwa kuwa "mwenzi kamili" wa GaN. Ingawa kimiani hailingani na GaN ni kubwa zaidi kuliko ile ya silicon carbide (SiC), substrates za yakuti huonyesha kutolingana kwa kiwango cha chini cha mafuta wakati wa epitaksi ya GaN, na kutoa msingi thabiti wa ukuaji wa GaN. Zaidi ya hayo, uwekaji mafuta bora wa yakuti na uwazi wa macho huwezesha utenganishaji wa joto kwa ufanisi katika vifaa vya nguvu vya juu vya GaN, kuhakikisha uthabiti wa uendeshaji na ufanisi bora wa kutoa mwanga. Tabia zake za juu za insulation za umeme hupunguza zaidi kuingiliwa kwa ishara na kupoteza nguvu. Mchanganyiko wa yakuti na GaN umesababisha uundaji wa vifaa vya utendaji wa juu, ikiwa ni pamoja na LED za GaN, ambazo hutawala masoko ya taa na maonyesho - kutoka kwa balbu za kaya za LED hadi skrini kubwa za nje - pamoja na diodi za leza zinazotumiwa katika mawasiliano ya macho na usindikaji wa leza kwa usahihi.
kaki ya XKH ya GaN-on-sapphire
Kupanua Mipaka ya Maombi ya Semiconductor
(1) "Ngao" katika Maombi ya Kijeshi na Anga
Vifaa katika maombi ya kijeshi na anga mara nyingi hufanya kazi chini ya hali mbaya. Angani, vyombo vya anga hustahimili halijoto ya karibu kabisa-sifuri, mionzi mikali ya anga, na changamoto za mazingira ya utupu. Wakati huo huo, ndege za kijeshi hukabili halijoto ya uso inayozidi 1,000°C kutokana na kupasha joto kwa aerodynamic wakati wa kukimbia kwa kasi kubwa, pamoja na mizigo ya juu ya kimitambo na kuingiliwa kwa sumakuumeme.
Sifa za kipekee za kioo cha yakuti huifanya kuwa nyenzo bora kwa vipengele muhimu katika nyanja hizi. Ustahimilivu wake wa kipekee wa halijoto ya juu—inayostahimili hadi 2,045°C huku ikidumisha uadilifu wa muundo—huhakikisha utendakazi unaotegemewa chini ya dhiki ya joto. Ugumu wake wa mionzi pia huhifadhi utendakazi katika mazingira ya ulimwengu na nyuklia, ikilinda vyema vifaa vya elektroniki nyeti. Sifa hizi zimesababisha matumizi makubwa ya yakuti samawi katika madirisha ya halijoto ya juu ya infrared (IR). Katika mifumo ya uelekezi wa makombora, madirisha ya IR lazima yadumishe uwazi wa macho chini ya joto kali na kasi ili kuhakikisha utambuzi sahihi wa lengo. Dirisha za IR zenye msingi wa yakuti huchanganya uthabiti wa hali ya juu wa joto na upitishaji wa hali ya juu wa IR, na kuboresha kwa kiasi kikubwa usahihi wa mwongozo. Katika anga, yakuti hulinda mifumo ya macho ya satelaiti, kuwezesha upigaji picha wazi katika hali mbaya ya obiti.
XKH zamadirisha ya macho ya yakuti
(2) The New Foundation for Superconductors na Microelectronics
Katika utendakazi wa hali ya juu, yakuti hutumika kama sehemu ndogo ya lazima kwa filamu nyembamba zinazofanya kazi nyingi, ambazo huwezesha upitishaji sufuri—kubadilisha upitishaji wa nguvu, treni za maglev, na mifumo ya MRI. Filamu zenye utendakazi wa hali ya juu zinahitaji substrates zilizo na miundo thabiti ya kimiani, na upatanifu wa yakuti na nyenzo kama vile magnesium diboride (MgB₂) huruhusu ukuaji wa filamu zilizo na msongamano muhimu wa sasa ulioimarishwa na uga muhimu wa sumaku. Kwa mfano, nyaya za umeme zinazotumia filamu za superconducting zinazoauniwa na yakuti huboresha kwa kiasi kikubwa ufanisi wa uwasilishaji kwa kupunguza upotevu wa nishati.
Katika kielektroniki kidogo, sapphire substrates zenye mielekeo mahususi ya fuwele—kama vile R-ndege (<1-102>) na A-ndege (<11-20>)—huwasha safu za epitaxial za silikoni kwa saketi za juu zilizounganishwa (ICs). Sapphire ya ndege ya R-plane hupunguza kasoro za fuwele katika IC za kasi ya juu, huongeza kasi ya kazi na uthabiti, huku sifa za kuhami joto za A-plane yakuti sapphire na uidhinishaji sawa huboresha kielectroniki mseto na muunganisho wa kondakta mkuu wa halijoto ya juu. Miundo midogo hii inashikilia chip msingi katika miundombinu ya kompyuta na mawasiliano ya simu yenye utendakazi wa juu.
XKHyaAKaki ya lN-on-NPSS
Mustakabali wa Sapphire Crystal katika Semiconductors
Sapphire tayari imeonyesha thamani kubwa kwenye halvledare, kutoka kwa utengenezaji wa chip hadi anga na kondakta mkuu. Kadiri teknolojia inavyoendelea, jukumu lake litaongezeka zaidi. Katika akili bandia, chipsi zenye nguvu ya chini zinazoungwa mkono na yakuti, zenye utendakazi wa hali ya juu zitaendesha maendeleo ya AI katika huduma za afya, usafiri na fedha. Katika kompyuta ya kiasi, sifa za nyenzo za yakuti huiweka kama mgombeaji anayeahidi wa ujumuishaji wa qubit. Wakati huo huo, vifaa vya GaN-on-sapphire vitatimiza mahitaji yanayoongezeka ya maunzi ya mawasiliano ya 5G/6G. Kusonga mbele, yakuti itasalia kuwa msingi wa uvumbuzi wa semiconductor, ikiimarisha maendeleo ya kiteknolojia ya binadamu.
Kaki ya epitaxial ya XKH ya GaN-on-sapphire
XKH hutoa madirisha ya macho ya yakuti samawi yaliyobuniwa kwa usahihi na suluhu za kaki za GaN-on-sapphire kwa matumizi ya kisasa. Kwa kutumia teknolojia ya ukuaji wa fuwele inayomilikiwa na teknolojia ya ung'arishaji wa nanoscale, tunatoa madirisha ya yakuti samawati yenye upitishaji wa kipekee kutoka kwa UV hadi mwonekano wa IR, bora kwa angani, ulinzi na mifumo ya leza yenye nguvu nyingi.
Muda wa kutuma: Apr-18-2025