Í daglegu lífi eru rafeindatæki eins og snjallsímar og snjallúr orðin ómissandi förunautar. Þessi tæki eru sífellt að verða grennri en samt öflugri. Hefur þú einhvern tíma velt því fyrir þér hvað gerir þeim kleift að þróast stöðugt? Svarið liggur í hálfleiðaraefnum og í dag einbeitum við okkur að einu því framúrskarandi þeirra - safírkristalli.
Safírkristall, sem aðallega er samsettur úr α-Al₂O₃, samanstendur af þremur súrefnisatómum og tveimur álatómum sem eru tengd saman í samgildan snúning og mynda sexhyrnda grindarbyggingu. Þótt hann líkist gimsteins-safíri í útliti, leggja iðnaðarsafírkristallar áherslu á framúrskarandi eiginleika. Efnafræðilega óvirkur, óleysanlegur í vatni og ónæmur fyrir sýrum og basum, og virkar sem „efnaskjöldur“ sem viðheldur stöðugleika í erfiðu umhverfi. Að auki sýnir hann framúrskarandi sjónrænt gegnsæi, sem gerir kleift að fá skilvirka ljósleiðni; sterka varmaleiðni, sem kemur í veg fyrir ofhitnun; og framúrskarandi rafeinangrun, sem tryggir stöðuga merkjasendingu án leka. Vélrænt séð státar safír af Mohs hörku upp á 9, næst á eftir demöntum, sem gerir hann mjög slitþolinn og tæringarþolinn - tilvalinn fyrir krefjandi notkun.
Leynivopnið í örgjörvaframleiðslu
(1) Lykilefni fyrir lágorkuflögur
Þar sem rafeindatækni stefnir í að vera smækkuð og afkastamikil, hafa orkusparandi örgjörvar orðið mikilvægir. Hefðbundnar örgjörvar þjást af rýrnun einangrunar við nanóþykkt, sem leiðir til straumleka, aukinnar orkunotkunar og ofhitnunar, sem hefur áhrif á stöðugleika og líftíma.
Rannsakendur við Sjanghæ-stofnunina fyrir örkerfi og upplýsingatækni (SIMIT), kínversku vísindaakademíuna, þróuðu gervi safír díelektrísk skífur með því að nota málm-innfellda oxunartækni, sem breytir einkristalla áli í einkristalla áloxíð (safír). Við 1 nm þykkt sýnir þetta efni afar lágan lekastraum, skilar tveimur stærðargráðum betri árangri en hefðbundin ókristölluð díelektrísk efni í minnkun ástandsþéttleika og bætir gæði tengiviðmóta með tvívíddar hálfleiðurum. Samþætting þessa við tvívíddarefni gerir kleift að nota lágorkuflögur, lengja rafhlöðulíftíma snjallsíma verulega og auka stöðugleika í gervigreind og hlutlausum hlutum (IoT) forritum.
(2) Hin fullkomna samstarfsaðili fyrir gallíumnítríð (GaN)
Í hálfleiðaraheiminum hefur gallíumnítríð (GaN) orðið skínandi stjarna vegna einstakra kosta sinna. Sem hálfleiðaraefni með breitt bandbil upp á 3,4 eV – sem er töluvert stærra en 1,1 eV kísils – er GaN framúrskarandi í notkun við háan hita, háspennu og háa tíðni. Mikil hreyfanleiki rafeinda og styrkur gagnrýnins niðurbrotssviðs gera það að kjörnu efni fyrir rafeindatæki sem nota mikið afl, háan hita, háa tíðni og mikla birtu. Í aflrafeindatækni starfa GaN-byggð tæki við hærri tíðni með minni orkunotkun og bjóða upp á framúrskarandi afköst í orkubreytingu og orkustjórnun. Í örbylgjusamskiptum gerir GaN kleift að nota íhluti með miklum afli og háa tíðni, svo sem 5G aflmagnara, sem eykur gæði og stöðugleika merkjasendinga.
Safírkristall er talinn „fullkomni samstarfsaðilinn“ fyrir GaN. Þó að grindarósamræmi þess við GaN sé meira en kísillkarbíðs (SiC), þá sýna safírundirlag minni hitamisræmi við GaN-epitaxíu, sem veitir stöðugan grunn fyrir GaN-vöxt. Að auki auðveldar framúrskarandi hitaleiðni og ljósfræðilegt gegnsæi safírs skilvirka varmadreifingu í öflugum GaN-tækjum, sem tryggir rekstrarstöðugleika og bestu ljósnýtingu. Framúrskarandi rafmagnseinangrunareiginleikar þess lágmarka enn frekar truflanir á merkjum og orkutapi. Samsetning safírs og GaN hefur leitt til þróunar á afkastamiklum tækjum, þar á meðal GaN-byggðum LED-perum, sem eru ráðandi á lýsingar- og skjámörkuðum - allt frá heimilis-LED-perum til stórra útiskjáa - sem og leysigeisladíóðum sem notaðar eru í ljósfræðilegum samskiptum og nákvæmri leysivinnslu.
GaN-á-safír-skífu frá XKH
Að víkka út mörk hálfleiðaraforrita
(1) „Skjöldur“ í hernaðar- og geimferðaiðnaði
Búnaður í hernaðar- og geimferðaiðnaði starfar oft við öfgakenndar aðstæður. Í geimnum þola geimför nær algert frostmark, mikla geimgeislun og áskoranir lofttæmisumhverfis. Herflugvélar, hins vegar, þurfa að standa frammi fyrir yfirborðshita yfir 1.000°C vegna loftfræðilegrar upphitunar í miklum flugi, ásamt miklu vélrænu álagi og rafsegultruflunum.
Einstakir eiginleikar safírkristalls gera hann að kjörnu efni fyrir mikilvæga íhluti á þessum sviðum. Framúrskarandi hitastigsþol þess - sem þolir allt að 2.045°C en viðheldur samt heilbrigði byggingarlagsins - tryggir áreiðanlega afköst við hitauppstreymi. Geislunarhörku þess varðveitir einnig virkni í geim- og kjarnorkuumhverfi og verndar á áhrifaríkan hátt viðkvæma rafeindabúnað. Þessir eiginleikar hafa leitt til útbreiddrar notkunar safírs í innrauðum (IR) gluggum með háum hita. Í eldflaugaleiðsögukerfum verða innrauða gluggar að viðhalda sjónrænum skýrleika við mikinn hita og hraða til að tryggja nákvæma skotmarksgreiningu. Safír-byggðir innrauða gluggar sameina mikinn hitastöðugleika og yfirburða innrauða gegndræpi, sem bætir verulega nákvæmni leiðsagnar. Í geimferðum verndar safír sjónkerfi gervihnatta og gerir kleift að mynda skýra myndgreiningu við erfiðar aðstæður á braut um jörðu.
XKH'ssafír sjóngler
(2) Nýi grunnurinn fyrir ofurleiðara og örrafeindatækni
Í ofurleiðni þjónar safír sem ómissandi undirlag fyrir ofurleiðandi þunnfilmur, sem gera kleift að leiða án viðnáms – sem gjörbyltir orkuflutningi, segulmagnaða lestum og segulómunarkerfum. Háafkastamiklar ofurleiðandi filmur þurfa undirlag með stöðugum grindarbyggingum og eindrægni safírs við efni eins og magnesíumdíboríð (MgB₂) gerir kleift að rækta filmur með aukinni gagnrýninni straumþéttleika og gagnrýnnu segulsviði. Til dæmis bæta rafmagnssnúrur sem nota safírstuddar ofurleiðandi filmur flutningsnýtingu verulega með því að lágmarka orkutap.
Í örrafeindatækni gera safírundirlag með sértækri kristöllunarstefnu — eins og R-plani (<1-102>) og A-plani (<11-20>) — kleift að sérsníða kísill-epitaxiallög fyrir háþróaða samþætta hringrás (ICs). R-plans safír dregur úr kristalgöllum í hraðvirkum samþættum hringrásum, sem eykur rekstrarhraða og stöðugleika, á meðan einangrunareiginleikar A-plans safírs og einsleit leyfni hámarka samþættingu örrafeindatækni og háhitastigs ofurleiðara. Þessi undirlag styðja við kjarnaflögur í afkastamiklum tölvu- og fjarskiptainnviðum.
XKH'sAlN-á-NPSS skífu
Framtíð safírkristalla í hálfleiðurum
Safír hefur þegar sýnt fram á gríðarlegt gildi í hálfleiðurum, allt frá örgjörvaframleiðslu til geimferða og ofurleiðara. Eftir því sem tæknin þróast mun hlutverk þess stækka enn frekar. Í gervigreind munu safírstuddar lágorku- og afkastamiklar örgjörvar knýja áfram framfarir í gervigreind í heilbrigðisþjónustu, samgöngum og fjármálum. Í skammtafræði setja efniseiginleikar safírs það sem efnilegan frambjóðanda fyrir samþættingu skammtabitanna. Á sama tíma munu GaN-á-safír tæki mæta vaxandi eftirspurn eftir 5G/6G samskiptabúnaði. Í framtíðinni mun safír áfram vera hornsteinn nýsköpunar í hálfleiðurum og knýja áfram tækniframfarir mannkynsins.
GaN-á-safír epitaxial skífa frá XKH
XKH býður upp á nákvæmt hannaða safírglerja og GaN-á-safírskífulausnir fyrir háþróaða notkun. Með því að nýta sér einkaleyfisvarða kristalvöxt og nanóslípunartækni bjóðum við upp á afar flata safírglerja með einstakri sendingu frá útfjólubláum til innrauðum litrófum, tilvalin fyrir flug- og geimferðir, varnarmál og öflug leysigeislakerfi.
Birtingartími: 18. apríl 2025