Փոքրիկ շափյուղան՝ կիսահաղորդիչների «մեծ ապագայի» աջակցությամբ

Առօրյա կյանքում էլեկտրոնային սարքերը, ինչպիսիք են սմարթֆոններն ու խելացի ժամացույցները, դարձել են անփոխարինելի ուղեկիցներ։ Այս սարքերը դառնում են ավելի ու ավելի բարակ, բայց միևնույն ժամանակ ավելի հզոր։ Երբևէ մտածե՞լ եք, թե ինչն է նպաստում դրանց անընդհատ զարգացմանը։ Պատասխանը կիսահաղորդչային նյութերում է, և այսօր մենք կենտրոնանում ենք դրանցից ամենաակնառուներից մեկի՝ շափյուղայի բյուրեղի վրա։

Սապֆիրի բյուրեղը, որը հիմնականում կազմված է α-Al₂O₃-ից, բաղկացած է երեք թթվածնի և երկու ալյումինի ատոմներից, որոնք կապված են կովալենտորեն՝ կազմելով վեցանկյուն ցանցային կառուցվածք: Չնայած այն արտաքին տեսքով նման է թանկարժեք քարի աստիճանի սապֆիրի, արդյունաբերական սապֆիրի բյուրեղները ընդգծում են գերազանց կատարողականությունը: Քիմիապես իներտ, այն անլուծելի է ջրում և դիմացկուն է թթուների և ալկալիների նկատմամբ՝ գործելով որպես «քիմիական վահան», որը պահպանում է կայունությունը կոշտ միջավայրերում: Բացի այդ, այն ցուցաբերում է գերազանց օպտիկական թափանցիկություն, ինչը թույլ է տալիս արդյունավետ լույսի փոխանցում, ուժեղ ջերմահաղորդականություն, որը կանխում է գերտաքացումը, և գերազանց էլեկտրական մեկուսացում, որը ապահովում է ազդանշանի կայուն փոխանցում առանց արտահոսքի: Մեխանիկորեն, սապֆիրին ունի 9 Մոհսի կարծրություն, որը երկրորդն է միայն ադամանդից հետո, ինչը այն դարձնում է բարձր մաշվածության և էրոզիայի դիմացկուն՝ իդեալական պահանջկոտ կիրառությունների համար:

Չիպերի արտադրության գաղտնի զենքը

(1) Հիմնական նյութ ցածր հզորության չիպերի համար

Քանի որ էլեկտրոնիկան հակված է մանրացման և բարձր արտադրողականության, ցածր հզորության չիպերը դարձել են կարևորագույն։ Ավանդական չիպերը տառապում են մեկուսացման քայքայումից նանոմասշտաբի հաստությունների դեպքում, ինչը հանգեցնում է հոսանքի արտահոսքի, էներգիայի սպառման աճի և գերտաքացման, ինչը վտանգում է կայունությունը և կյանքի տևողությունը։

Չինաստանի գիտությունների ակադեմիայի Շանհայի միկրոհամակարգերի և տեղեկատվական տեխնոլոգիաների ինստիտուտի (SIMIT) հետազոտողները մշակել են արհեստական ​​շափյուղայից դիէլեկտրիկ վաֆլիներ՝ օգտագործելով մետաղ-ինտերկալացված օքսիդացման տեխնոլոգիա, որը միաբյուրեղային ալյումինը վերածում է միաբյուրեղային ալյումինի (շափյուղա): 1 նմ հաստությամբ այս նյութը ցուցաբերում է գերցածր արտահոսքի հոսանք, գերազանցելով ավանդական ամորֆ դիէլեկտրիկներին վիճակի խտության նվազեցման և երկչափ կիսահաղորդիչների հետ ինտերֆեյսի որակի բարելավման առումով երկու կարգով: Սրա երկչափ նյութերի հետ ինտեգրումը հնարավորություն է տալիս ստեղծել ցածր հզորության չիպեր, զգալիորեն երկարացնելով սմարթֆոնների մարտկոցի կյանքը և բարելավելով կայունությունը արհեստական ​​բանականության և իրերի ինտերնետի կիրառություններում:

(2) Գալիումի նիտրիդի (GaN) կատարյալ գործընկերը

Կիսահաղորդիչների ոլորտում գալիումի նիտրիդը (GaN) դարձել է փայլուն աստղ՝ իր եզակի առավելությունների շնորհիվ: Որպես լայն գոտիական բացվածքով կիսահաղորդչային նյութ՝ 3.4 էՎ գոտիական բացվածքով, որը զգալիորեն մեծ է սիլիցիումի 1.1 էՎ-ից, GaN-ը գերազանցում է բարձր ջերմաստիճանի, բարձր լարման և բարձր հաճախականության կիրառություններում: Դրա բարձր էլեկտրոնային շարժունակությունը և կրիտիկական ճեղքման դաշտի ուժը այն դարձնում են իդեալական նյութ բարձր հզորության, բարձր ջերմաստիճանի, բարձր հաճախականության և բարձր պայծառության էլեկտրոնային սարքերի համար: Հզոր էլեկտրոնիկայում GaN-ի վրա հիմնված սարքերը գործում են ավելի բարձր հաճախականություններով՝ ավելի ցածր էներգիայի սպառմամբ, ապահովելով գերազանց կատարողականություն հզորության փոխակերպման և էներգիայի կառավարման մեջ: Միկրոալիքային հաղորդակցություններում GaN-ը հնարավորություն է տալիս օգտագործել բարձր հզորության, բարձր հաճախականության բաղադրիչներ, ինչպիսիք են 5G հզորության ուժեղացուցիչները, բարելավելով ազդանշանի փոխանցման որակը և կայունությունը:

Սապֆիրի բյուրեղը համարվում է GaN-ի «իդեալական գործընկերը»։ Չնայած GaN-ի հետ դրա ցանցի անհամապատասխանությունն ավելի բարձր է, քան սիլիցիումի կարբիդի (SiC) դեպքում, սապֆիրի հիմքերը GaN էպիտաքսիայի ժամանակ ցուցաբերում են ավելի ցածր ջերմային անհամապատասխանություն՝ ապահովելով GaN աճի կայուն հիմք։ Բացի այդ, սապֆիրի գերազանց ջերմահաղորդականությունը և օպտիկական թափանցիկությունը նպաստում են բարձր հզորության GaN սարքերում ջերմության արդյունավետ ցրմանը, ապահովելով շահագործման կայունություն և լույսի ելքի օպտիմալ արդյունավետություն։ Դրա գերազանց էլեկտրական մեկուսացման հատկությունները նվազագույնի են հասցնում ազդանշանի միջամտությունը և հզորության կորուստը։ Սապֆիրի և GaN-ի համադրությունը հանգեցրել է բարձր արդյունավետության սարքերի, այդ թվում՝ GaN-ի վրա հիմնված LED-ների մշակմանը, որոնք գերիշխում են լուսավորության և էկրանների շուկաներում՝ կենցաղային LED լամպերից մինչև մեծ բացօթյա էկրաններ, ինչպես նաև օպտիկական հաղորդակցություններում և ճշգրիտ լազերային մշակումներում օգտագործվող լազերային դիոդների։

XKH-ի GaN-ը շափյուղայի վրա պատրաստված վաֆլի

Կիսահաղորդչային կիրառությունների սահմանների ընդլայնում

(1) «Վահանը» ռազմական և ավիատիեզերական կիրառություններում

Ռազմական և ավիատիեզերական կիրառություններում սարքավորումները հաճախ աշխատում են ծայրահեղ պայմաններում: Տիեզերքում տիեզերանավերը ենթարկվում են գրեթե բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանների, ինտենսիվ տիեզերական ճառագայթման և վակուումային միջավայրի մարտահրավերներին: Մինչդեռ, ռազմական ինքնաթիռները բախվում են 1000°C-ից բարձր մակերևույթի ջերմաստիճանի՝ բարձր արագությամբ թռիչքի ժամանակ աերոդինամիկ տաքացման, ինչպես նաև բարձր մեխանիկական բեռների և էլեկտրամագնիսական խանգարումների պատճառով:

Սապֆիրի բյուրեղի եզակի հատկությունները այն դարձնում են իդեալական նյութ այս ոլորտներում կարևոր բաղադրիչների համար: Դրա բացառիկ բարձր ջերմաստիճանային դիմադրությունը՝ մինչև 2045°C դիմադրողականությունը՝ պահպանելով կառուցվածքային ամբողջականությունը, ապահովում է հուսալի աշխատանք ջերմային լարվածության պայմաններում: Դրա ճառագայթային կարծրությունը նաև պահպանում է ֆունկցիոնալությունը տիեզերական և միջուկային միջավայրերում՝ արդյունավետորեն պաշտպանելով զգայուն էլեկտրոնիկան: Այս հատկանիշները հանգեցրել են սապֆիրի լայնորեն օգտագործմանը բարձր ջերմաստիճանի ինֆրակարմիր (IR) պատուհաններում: Հրթիռային ուղղորդման համակարգերում IR պատուհանները պետք է պահպանեն օպտիկական պարզությունը ծայրահեղ ջերմության և արագության պայմաններում՝ թիրախի ճշգրիտ հայտնաբերումն ապահովելու համար: Սապֆիրի վրա հիմնված IR պատուհանները համատեղում են բարձր ջերմային կայունությունը գերազանց IR թափանցելիության հետ՝ զգալիորեն բարելավելով ուղղորդման ճշգրտությունը: Ավիատիեզերքում սապֆիրան պաշտպանում է արբանյակային օպտիկական համակարգերը՝ հնարավորություն տալով պարզ պատկերացում ստանալ կոշտ ուղեծրային պայմաններում:

XKH-իսափրուն օպտիկական պատուհաններ

(2) Գերհաղորդիչների և միկրոէլեկտրոնիկայի նոր հիմքը

Գերհաղորդականության մեջ շափյուղան ծառայում է որպես անփոխարինելի հիմք գերհաղորդիչ բարակ թաղանթների համար, որոնք հնարավորություն են տալիս զրոյական դիմադրության հաղորդունակություն ստեղծել՝ հեղափոխություն մտցնելով հզորության փոխանցման, մագնիսական լևերային գծերի և ՄՌՏ համակարգերի մեջ: Բարձր արդյունավետությամբ գերհաղորդիչ թաղանթները պահանջում են կայուն ցանցային կառուցվածք ունեցող հիմքեր, իսկ շափյուղայի համատեղելիությունը մագնեզիումի դիբորիդի (MgB₂) նման նյութերի հետ թույլ է տալիս աճեցնել թաղանթներ՝ բարձրացված կրիտիկական հոսանքի խտությամբ և կրիտիկական մագնիսական դաշտով: Օրինակ, շափյուղայով հենված գերհաղորդիչ թաղանթներ օգտագործող էլեկտրական մալուխները զգալիորեն բարելավում են փոխանցման արդյունավետությունը՝ նվազագույնի հասցնելով էներգիայի կորուստը:

Միկրոէլեկտրոնիկայում, շափյուղայի հիմքերը՝ որոշակի բյուրեղագրական կողմնորոշումներով, ինչպիսիք են R-հարթությունը (<1-102>) և A-հարթությունը (<11-20>), հնարավորություն են տալիս ստեղծել հարմարեցված սիլիցիումային էպիտաքսիալ շերտեր առաջադեմ ինտեգրալ սխեմաների (IC) համար: R-հարթության շափյուղան նվազեցնում է բյուրեղային արատները բարձր արագության ինտեգրալ սխեմաներում՝ բարձրացնելով շահագործման արագությունը և կայունությունը, մինչդեռ A-հարթության շափյուղայի մեկուսիչ հատկությունները և միատարր թափանցելիությունը օպտիմալացնում են հիբրիդային միկրոէլեկտրոնիկան և բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների ինտեգրումը: Այս հիմքերը հիմք են հանդիսանում բարձր արդյունավետության հաշվողական և հեռահաղորդակցական ենթակառուցվածքների միջուկային չիպերի համար:

ԽԿՀ-իԱlN-on-NPSS թիթեղ

Սապֆիրային բյուրեղի ապագան կիսահաղորդիչներում

Սապֆիրն արդեն իսկ ցուցաբերել է հսկայական արժեք կիսահաղորդիչների ոլորտում՝ չիպերի արտադրությունից մինչև ավիատիեզերական արդյունաբերություն և գերհաղորդիչներ: Տեխնոլոգիայի զարգացմանը զուգընթաց դրա դերը կընդլայնվի: Արհեստական ​​բանականության մեջ սապֆիրով հենվող ցածր հզորությամբ, բարձր արդյունավետությամբ չիպերը կխթանեն արհեստական ​​բանականության առաջընթացը առողջապահության, տրանսպորտի և ֆինանսների ոլորտներում: Քվանտային հաշվարկներում սապֆիրի նյութական հատկությունները այն դիրքավորում են որպես քուբիթ ինտեգրման խոստումնալից թեկնածու: Միևնույն ժամանակ, GaN-ը շափյուղայի վրա հիմնված սարքերը կբավարարեն 5G/6G կապի սարքավորումների աճող պահանջարկը: Առաջ շարժվելով՝ սապֆիրը կմնա կիսահաղորդչային նորարարության անկյունաքարը՝ խթանելով մարդկության տեխնոլոգիական առաջընթացը:

XKH-ի GaN-ը շափյուղայի վրա էպիտաքսիալ վաֆլի

XKH-ը մատակարարում է ճշգրիտ նախագծված շափյուղային օպտիկական պատուհաններ և GaN-ը շափյուղայի վրա հիմնված վաֆլի լուծումներ՝ առաջատար կիրառությունների համար: Օգտագործելով սեփական բյուրեղների աճի և նանոմասշտաբի հղկման տեխնոլոգիաները, մենք ապահովում ենք գերհարթ շափյուղային պատուհաններ՝ ուլտրամանուշակագույնից մինչև ինֆրակարմիր սպեկտրների բացառիկ փոխանցմամբ, որոնք իդեալական են ավիատիեզերական, պաշտպանական և բարձր հզորության լազերային համակարգերի համար: