Het kleine saffierkristal dat de "grote toekomst" van halfgeleiders voortstuwt
In ons dagelijks leven zijn elektronische apparaten zoals mobiele telefoons en smartwatches onze onafscheidelijke metgezellen geworden.Deze apparaten worden steeds dunner en lichter terwijl ze krachtigere functionaliteiten biedenHeb je je ooit afgevraagd wat er achter hun voortdurende evolutie ligt? Het antwoord is halfgeleidermaterialen, en vandaag zullen we ons richten op een van de meest opvallende performers op dit gebied: saffier kristal.
Safirkristal, voornamelijk samengesteld uit α-Al2O3, wordt gevormd door de combinatie van drie zuurstofatomen en twee aluminiumatomen door covalente binding, wat resulteert in een zeshoekige kristalstructuur.VisueelHet is echter een halfgeleider en wordt vooral gewaardeerd om zijn uitstekende eigenschappen.Het vertoont een opmerkelijke chemische stabiliteit., over het algemeen onoplosbaar in water en bestand tegen corrosie door zuren en basen, als een "chemische beschermer" die zijn kenmerken in verschillende chemische omgevingen behoudt.Bovendien, het heeft een goede lichtdoorlaatbaarheid, waardoor licht soepel door kan gaan; uitstekende thermische geleidbaarheid, die helpt warmte snel te verdrijven om te voorkomen dat apparaten "oververhit" worden;en uitstekende elektrische isolatieHet saffierkristal heeft bovendien uitstekende mechanische eigenschappen met een hardheid van negen op de schaal van Mohs.De natuur is op de tweede plaats na diamant., waardoor het zeer bestand is tegen slijtage en erosie en in staat is om in verschillende complexe omgevingen "vast te staan".
Het "geheime wapen" in de productie van chips
(I) Sleutelmateriaal voor laagvermogenchippen
Tegenwoordig ontwikkelen elektronische apparaten zich snel in de richting van miniaturisatie en hoge prestaties.en draadloze oordopjes zullen naar verwachting een langere batterijduur en snellere werking hebbenDit stelt extreem hoge eisen aan chips, waarbij chips met een laag vermogen het streven van de industrie worden.een afname van de isolatieprestaties van dielectrische materialen op nanometerschaal, wat leidt tot stroomlekken, verhoogd energieverbruik, ernstige verwarming van het apparaat en verminderde stabiliteit en levensduur.
Het onderzoeksteam van het Shanghai Instituut voor Microsystemen en Informatietechnologie van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft, na jarenlang onderzoek,met succes ontwikkelde kunstmatige saffier dielektrische wafers, die een sterke technische ondersteuning biedt voor de ontwikkeling van chips met een laag vermogen.Ze gebruikten een innovatieve metaal-intercalatie-oxidatietechniek om enkelkristallijn aluminium te oxideren tot enkelkristallijn aluminium-oxideDit materiaal bereikt een extreem lage lekkage-stroom bij een dikte van 1 nanometer, waardoor de uitdagingen van traditionele dielectrische materialen effectief worden opgelost.Vergeleken met traditionele amorfe dielectrische materialen, kunstmatige saffier dielektrische wafers hebben aanzienlijke voordelen in de structuur en elektronische prestaties,met een toestanddichtheid die met twee ordes van grootte is verminderd en een sterk verbeterde interface met tweedimensionale halfgeleidermaterialenHet onderzoeksteam gebruikte dit materiaal in combinatie met tweedimensionale materialen om succesvol lage-energie chip apparaten te maken.de levensduur van de batterij en de operationele efficiëntie van de chips aanzienlijk verbeterenDeze prestatie betekent dat bij smartphones de levensduur van de batterij aanzienlijk zal worden verlengd, waardoor de behoefte aan frequent opladen wordt weggenomen.de chips met een laag vermogen zullen een stabielere en langduriger werking van het apparaat mogelijk maken, die een snellere ontwikkeling in deze gebieden bevordert.
(II) De "perfecte partner" van galliumnitried
In het halfgeleiderveld onderscheidt galliumnitride (GaN) zich door zijn unieke voordelen als een schitterende ster.veel groter dan het silicium's 1.1eV, GaN is uitstekend in toepassingen bij hoge temperatuur, hoge spanning en hoge frequentie en biedt een hoge elektronenmobiliteit en afbraaksterkte van het elektrisch veld;Het maakt het een ideaal materiaal voor de productie van hoog vermogenBijvoorbeeld op het gebied van vermogenselektronica werken GaN-vermogenstoestellen bij hogere frequenties met een lager energieverbruik.Biedt aanzienlijke voordelen op het gebied van energieomzetting en kwaliteitsbeheer van energieIn de microwavecommunicatie wordt GaN gebruikt voor de vervaardiging van hoogvermogen en hoogfrequente microwavecommunicatieapparaten, zoals vermogenversterkers in 5G-mobielecommunicatie,die de kwaliteit en stabiliteit van de signaaloverdracht verbeteren.
Saffiriekristal en galliumnitride zijn 'perfecte partners'.safirsubstraten vertonen een lagere thermische mismatch tijdens GaN-epitaxie, waardoor een stabiele basis wordt gelegd voor de groei van GaN.De goede thermische geleidbaarheid en optische transparantie van saffierkristal maken het mogelijk om tijdens de werking van GaN-apparaten bij hoge temperaturen snel warmte te verdrijven.Bovendien vermindert de uitstekende elektrische isolatie van saffierkristal effectief de signaalinterferentie en het vermogensafname.op basis van de combinatie van saffierkristal en galliumnitrideIn het gebied van LED's zijn GaN-gebaseerde LED's de marktmainstream geworden en worden ze veel gebruikt in verlichtings- en beeldschermtoepassingen.van LED-lampen voor huishoudens tot grote buitendisplaysLasers spelen ook een belangrijke rol in optische communicatie en laserverwerking.
Uitbreiding van de grenzen van de toepassing van halfgeleiders
(I) Het "schild" op militair en ruimtevaartgebied
In de ruimte worden ruimteschepen geconfronteerd met bijna absolute nultemperaturen, intense kosmische straling,en de uitdagingen van vacuümomgevingenMilitaire uitrusting, zoals gevechtsvliegtuigen, wordt tijdens een hoge snelheidsvlucht met temperaturen van meer dan 1000°C geconfronteerd door luchtwrijving, hoge overbelasting en sterke elektromagnetische interferentie.
Het saffierkristal is met zijn unieke eigenschappen een ideaal materiaal voor kritieke componenten in deze gebieden.met een vermogen van meer dan 50 W,Het systeem is ook zeer sterk tegen straling, wat betekent dat het in kosmische en nucleaire stralingsomgevingen niet in staat is om de straling van het toestel te beperken.De prestaties van het saffierkristal blijven vrijwel onaangetast., waardoor interne elektronische componenten effectief worden beschermd.
Op basis van deze eigenschappen wordt saffierkristal veel gebruikt bij de vervaardiging van hoogtemperatuurbestendige infraroodramen. 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 signalsInfraroodramen op basis van saffierkristallen kunnen niet alleen hoge temperaturen weerstaan, maar zorgen ook voor een hoge infraroodlichtdoorlatendheid, waardoor de nauwkeurigheid van de raketrichting aanzienlijk wordt verbeterd.In de luchtvaart, satellietoptische apparatuur is ook afhankelijk van saffierkristal, dat een stabiele bescherming biedt voor optische instrumenten in ruwe ruimteomgevingen en een heldere en nauwkeurige satellietbeelden garandeert.
(II) De "nieuwe basis" voor supergeleiding en micro-elektronica
Op het gebied van supergeleidbaarheid dient saffierkristal als onmisbaar substraat voor supergeleidende films.magnetische zweeftreinenHet is echter van belang dat de Europese Commissie in de toekomst de mogelijkheid biedt om de energie-efficiëntie te verbeteren en de energieverlies te verminderen.Voor het bereiden van supergeleidende films met hoge prestaties zijn hoogwaardige substraatmaterialen vereistDe stabiele kristalstructuur van saffierkristal en de goede matching van het rooster met supergeleidende materialen vormen een stabiele basis voor de groei van supergeleidende folie.Door epitaxiaal supergeleidende materialen te laten groeien zoals MgB2 (magnesium diboride) op saffierkristallen.In het kader van de nieuwe technologieën kunnen supergeleidende films van hoge kwaliteit worden bereid, met aanzienlijke verbeteringen van de kritische stroomdichtheid en van de kritische magnetische veldprestatie-indicatoren.Het gebruik van supergeleidende films op basis van saffiersubstraten voor kabels kan de efficiëntie van de stroomoverdracht aanzienlijk verbeteren en het energieverlies tijdens de overdracht verminderen.
In het veld van de micro-elektronica integrated circuit speelt saffierkristal ook een belangrijke rol.,Deze eigenschappen kunnen worden gebruikt om silicium-epitaxiale lagen met specifieke elektrische eigenschappen te laten groeien.R-vlak saffiersubstraten worden gewoonlijk gebruikt in hogesnelheidsintegreerde schakelingen, die een goede roostermatching voor silicium-epitaxiale lagen biedt, waardoor kristaldefecten worden verminderd en aldus de snelheid en stabiliteit van de geïntegreerde schakelingen worden verbeterd.vanwege hun hoge isolatie en uniforme capaciteitskenmerken, worden veel gebruikt in hybride micro-elektronica technologie.Ze dienen niet alleen als groeisubstraten voor supergeleiders bij hoge temperaturen, maar helpen ook bij het optimaliseren van de circuits in het ontwerp van geïntegreerde circuits, waardoor de integratie en betrouwbaarheid van de circuits worden verbeterd.een solide steunverlening aan de ontwikkeling van micro-elektronica-technologie.
De toekomstige blauwdruk voor saffierkristal
Saffiriekristal heeft al een aanzienlijke toepassingswaarde aangetoond op het gebied van halfgeleiders, en speelt een onmisbare rol in de productie van chips, militaire en ruimtevaarttoepassingen,supergeleidbaarheidIn de toekomst zal saffierkristal, naarmate de technologie vooruitgaat, naar verwachting doorbraken op meer gebieden bereiken.de vraag naar computing chip prestaties blijft stijgenDe Commissie heeft in haar advies van 15 juni 2002 over het voorstel voor een richtlijn van het Europees Parlement en de Raad betreffende de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen der Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen van de Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen van de Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen van de Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen van de Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de wetgevingen van de Lid-Staten inzake de onderlinge aanpassing van de onderlinge aanpassing van de wetgevingenDe Commissie heeft de Commissie verzocht om een verslag uit te brengen over de resultaten van de evaluatie van de resultaten van de evaluatie.In het gebied van quantumcomputing, hoewel het nog in de beginstadium zit, maken de uitstekende eigenschappen van saffierkristal het een potentieel kandidaatmateriaal voor quantumchips.ondersteuning van doorbraken op het gebied van quantumcomputingtechnologie.
ZMSH is gespecialiseerd in premium saffieroptische ramen en GaN-op-saffier epitaxiale wafers die zijn afgestemd op missie-kritieke toepassingen.Onze saffieren ramen combineren militaire duurzaamheid met optische perfectie., met een oppervlakte ruwheid onder angstrom voor een superieure lichttransmissie in extreme omgevingen.Het GaN-op-safir-platform bereikt baanbrekende prestaties met onze gepatenteerde defect-reductietechnologie.Door middel van verticaal geïntegreerde productie van kristalgroei tot precisieafwerking, wordt de verticale verdeling van de verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticale verticaleZMSH stelt klanten in staat de grenzen van fotonica en vermogenselektronica te verleggen.
ZMSH's AlN-On-Sapphire epitaxiale wafer