პაწაწინა საფირონი, რომელიც ნახევარგამტარების „დიდ მომავალს“ უჭერს მხარს

ყოველდღიურ ცხოვრებაში, ელექტრონული მოწყობილობები, როგორიცაა სმარტფონები და ჭკვიანი საათები, შეუცვლელ თანამგზავრებად იქცნენ. ეს მოწყობილობები სულ უფრო თხელი და ამავდროულად უფრო მძლავრი ხდება. ოდესმე დაფიქრებულხართ, რა უწყობს ხელს მათ უწყვეტ ევოლუციას? პასუხი ნახევარგამტარულ მასალებშია და დღეს ჩვენ მათ შორის ერთ-ერთ ყველაზე გამორჩეულზე - საფირონის ბროლზე გავამახვილებთ ყურადღებას.

საფირონის კრისტალი, რომელიც ძირითადად α-Al₂O₃-სგან შედგება, შედგება სამი ჟანგბადის ატომისა და ორი ალუმინის ატომისგან, რომლებიც კოვალენტურად არიან დაკავშირებული და ქმნიან ექვსკუთხა ბადისებრ სტრუქტურას. მიუხედავად იმისა, რომ გარეგნულად ის ძვირფასი ქვის ხარისხის საფირონს წააგავს, სამრეწველო საფირონის კრისტალები ხაზს უსვამს მის მაღალ მახასიათებლებს. ქიმიურად ინერტული, ის წყალში უხსნადია და მდგრადია მჟავებისა და ტუტეების მიმართ, მოქმედებს როგორც „ქიმიური ფარი“, რომელიც ინარჩუნებს სტაბილურობას მკაცრ გარემოში. გარდა ამისა, იგი ავლენს შესანიშნავ ოპტიკურ გამჭვირვალობას, რაც უზრუნველყოფს სინათლის ეფექტურ გადაცემას; ძლიერ თბოგამტარობას, რომელიც ხელს უშლის გადახურებას; და შესანიშნავ ელექტრო იზოლაციას, რაც უზრუნველყოფს სიგნალის სტაბილურ გადაცემას გაჟონვის გარეშე. მექანიკურად, საფირონს აქვს მოჰსის სიმტკიცე 9, რომელიც მეორეა მხოლოდ ბრილიანტის შემდეგ, რაც მას მაღალ ცვეთასა და ეროზიისადმი მდგრადს ხდის - იდეალურია მომთხოვნი აპლიკაციებისთვის.

ჩიპების წარმოების საიდუმლო იარაღი

(1) დაბალი სიმძლავრის ჩიპების ძირითადი მასალა

ელექტრონიკის მინიატურიზაციისა და მაღალი წარმადობისკენ მიდრეკილების გამო, დაბალი სიმძლავრის ჩიპები კრიტიკულად მნიშვნელოვანი გახდა. ტრადიციული ჩიპები ნანომასშტაბიან სისქის შემთხვევაში იზოლაციის დეგრადაციას განიცდის, რაც იწვევს დენის გაჟონვას, ენერგიის მოხმარების ზრდას და გადახურებას, რაც საფრთხეს უქმნის სტაბილურობას და სიცოცხლის ხანგრძლივობას.

ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის შანხაის მიკროსისტემებისა და ინფორმაციული ტექნოლოგიების ინსტიტუტის (SIMIT) მკვლევარებმა ლითონ-ინტერკალირებული დაჟანგვის ტექნოლოგიის გამოყენებით შეიმუშავეს ხელოვნური საფირონის დიელექტრიკული ვაფლები, რომლებიც ერთკრისტალურ ალუმინს ერთკრისტალურ ალუმინად (საფირონად) გარდაქმნიან. 1 ნმ სისქის შემთხვევაში, ეს მასალა ულტრადაბალ გაჟონვის დენს ავლენს, რაც ორი რიგით აღემატება ტრადიციულ ამორფულ დიელექტრიკებს მდგომარეობის სიმკვრივის შემცირებით და ინტერფეისის ხარისხის გაუმჯობესებით 2D ნახევარგამტარებთან. ამის 2D მასალებთან ინტეგრირება საშუალებას იძლევა დაბალი სიმძლავრის ჩიპების შესაქმნელად, რაც მნიშვნელოვნად ახანგრძლივებს ბატარეის ხანგრძლივობას სმარტფონებში და აუმჯობესებს სტაბილურობას ხელოვნური ინტელექტისა და ნივთების ინტერნეტის აპლიკაციებში.

(2) გალიუმის ნიტრიდის (GaN) იდეალური პარტნიორი

ნახევარგამტარების სფეროში, გალიუმის ნიტრიდი (GaN) თავისი უნიკალური უპირატესობების გამო კაშკაშა ვარსკვლავად იქცა. როგორც ფართო ზოლის მქონე ნახევარგამტარული მასალა 3.4 eV ზოლის უფსკრულით - მნიშვნელოვნად დიდი ვიდრე სილიციუმის 1.1 eV - GaN შესანიშნავად გამოიყენება მაღალი ტემპერატურის, მაღალი ძაბვის და მაღალი სიხშირის აპლიკაციებში. მისი მაღალი ელექტრონული მობილურობა და კრიტიკული დაშლის ველის სიძლიერე მას იდეალურ მასალად აქცევს მაღალი სიმძლავრის, მაღალი ტემპერატურის, მაღალი სიხშირის და მაღალი სიკაშკაშის ელექტრონული მოწყობილობებისთვის. ენერგეტიკულ ელექტრონიკაში, GaN-ზე დაფუძნებული მოწყობილობები მუშაობენ უფრო მაღალ სიხშირეებზე დაბალი ენერგიის მოხმარებით, რაც უზრუნველყოფს უმაღლეს შესრულებას სიმძლავრის გარდაქმნისა და ენერგიის მართვის კუთხით. მიკროტალღურ კომუნიკაციებში, GaN საშუალებას იძლევა მაღალი სიმძლავრის, მაღალი სიხშირის კომპონენტების, როგორიცაა 5G სიმძლავრის გამაძლიერებლები, გამოყენებისთვის, რაც აუმჯობესებს სიგნალის გადაცემის ხარისხს და სტაბილურობას.

საფირონის კრისტალი GaN-ის „იდეალურ პარტნიორად“ ითვლება. მიუხედავად იმისა, რომ მისი ბადისებრი შეუსაბამობა GaN-თან უფრო მაღალია, ვიდრე სილიციუმის კარბიდის (SiC), საფირონის სუბსტრატები GaN ეპიტაქსიის დროს უფრო დაბალ თერმულ შეუსაბამობას ავლენენ, რაც GaN-ის ზრდის სტაბილურ საფუძველს ქმნის. გარდა ამისა, საფირონის შესანიშნავი თბოგამტარობა და ოპტიკური გამჭვირვალობა ხელს უწყობს ეფექტურ სითბოს გაფრქვევას მაღალი სიმძლავრის GaN მოწყობილობებში, რაც უზრუნველყოფს ოპერაციულ სტაბილურობას და ოპტიმალურ სინათლის გამომუშავების ეფექტურობას. მისი შესანიშნავი ელექტროიზოლაციის თვისებები კიდევ უფრო ამცირებს სიგნალის ჩარევას და სიმძლავრის დანაკარგს. საფირონისა და GaN-ის კომბინაციამ განაპირობა მაღალი ხარისხის მოწყობილობების, მათ შორის GaN-ზე დაფუძნებული LED-ების შემუშავება, რომლებიც დომინირებენ განათებისა და დისპლეის ბაზრებზე - საყოფაცხოვრებო LED ნათურებიდან დაწყებული დიდი გარე ეკრანებით დამთავრებული - ასევე ლაზერული დიოდები, რომლებიც გამოიყენება ოპტიკურ კომუნიკაციებსა და ზუსტ ლაზერულ დამუშავებაში.

XKH-ის GaN-ზე დაფუძნებული საფირონის ვაფლი

ნახევარგამტარული გამოყენების საზღვრების გაფართოება

(1) „ფარი“ სამხედრო და აერონავტიკულ გამოყენებაში

სამხედრო და აერონავტიკულ გამოყენებაში გამოყენებული აღჭურვილობა ხშირად ექსტრემალურ პირობებში მუშაობს. კოსმოსში კოსმოსური ხომალდები თითქმის აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურას, ინტენსიურ კოსმოსურ გამოსხივებას და ვაკუუმურ გარემოს სირთულეებს განიცდიან. ამასობაში, სამხედრო თვითმფრინავები მაღალი სიჩქარით ფრენის დროს აეროდინამიკური გათბობის, მაღალი მექანიკური დატვირთვებისა და ელექტრომაგნიტური ჩარევის გამო ზედაპირის ტემპერატურას 1000°C-ზე მეტს აწყდებიან.

საფირონის ბროლის უნიკალური თვისებები მას იდეალურ მასალად აქცევს ამ სფეროებში კრიტიკული კომპონენტებისთვის. მისი განსაკუთრებული მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობა - 2045°C-მდე ტემპერატურისადმი გამძლეობა სტრუქტურული მთლიანობის შენარჩუნებით - უზრუნველყოფს საიმედო მუშაობას თერმული სტრესის დროს. მისი გამოსხივების სიმტკიცე ასევე ინარჩუნებს ფუნქციონირებას კოსმოსურ და ბირთვულ გარემოში, ეფექტურად იცავს მგრძნობიარე ელექტრონიკას. ამ მახასიათებლებმა განაპირობა საფირონის ფართო გამოყენება მაღალი ტემპერატურის ინფრაწითელ (IR) ფანჯრებში. რაკეტების მართვის სისტემებში, ინფრაწითელმა ფანჯრებმა უნდა შეინარჩუნონ ოპტიკური სიწმინდე უკიდურესი სიცხისა და სიჩქარის ქვეშ, რათა უზრუნველყონ სამიზნის ზუსტი აღმოჩენა. საფირონზე დაფუძნებული ინფრაწითელი ფანჯრები აერთიანებს მაღალ თერმულ სტაბილურობას ინფრაწითელ გამტარობასთან, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მართვის სიზუსტეს. აერონავტიკაში საფირონი იცავს თანამგზავრის ოპტიკურ სისტემებს, რაც უზრუნველყოფს მკაფიო გამოსახულების მიღებას მკაცრ ორბიტალურ პირობებში.

XKH-ებისაფირონის ოპტიკური ფანჯრები

(2) ზეგამტარებისა და მიკროელექტრონიკის ახალი საფუძველი

ზეგამტარობაში, საფირონი შეუცვლელ სუბსტრატს წარმოადგენს ზეგამტარი თხელი ფენების შესაქმნელად, რაც უზრუნველყოფს ნულოვანი წინაღობის გამტარობას - რევოლუციას ახდენს სიმძლავრის გადაცემაში, მაგნიტურ-რეზონანსულ ხაზებსა და მაგნიტურ-რეზონანსულ ტომოგრაფიულ სისტემებში. მაღალი ხარისხის ზეგამტარი ფენების შესაქმნელად საჭიროა სტაბილური ბადისებრი სტრუქტურების მქონე სუბსტრატები, ხოლო საფირონის თავსებადობა მაგნიუმის დიბორიდის (MgB₂) მსგავს მასალებთან საშუალებას იძლევა გაიზარდოს გაძლიერებული კრიტიკული დენის სიმკვრივით და კრიტიკული მაგნიტური ველით. მაგალითად, საფირონის საყრდენი ზეგამტარი ფენების გამოყენებით შექმნილი ელექტრო კაბელები მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს გადაცემის ეფექტურობას ენერგიის დანაკარგის მინიმიზაციის გზით.

მიკროელექტრონიკაში, საფირონის სუბსტრატები სპეციფიკური კრისტალოგრაფიული ორიენტაციით - როგორიცაა R-სიბრტყე (<1-102>) და A-სიბრტყე (<11-20>) - საშუალებას იძლევა შეიქმნას მორგებული სილიციუმის ეპიტაქსიალური ფენები მოწინავე ინტეგრირებული სქემებისთვის (IC). R-სიბრტყის საფირონი ამცირებს კრისტალურ დეფექტებს მაღალსიჩქარიან ინტეგრირებულ სქემებში, ზრდის ოპერაციულ სიჩქარეს და სტაბილურობას, ხოლო A-სიბრტყის საფირონის იზოლაციის თვისებები და ერთგვაროვანი შეღწევადობა ოპტიმიზაციას უკეთებს ჰიბრიდულ მიკროელექტრონიკას და მაღალტემპერატურულ ზეგამტარ ინტეგრაციას. ეს სუბსტრატები საფუძვლად უდევს ბირთვულ ჩიპებს მაღალი ხარისხის გამოთვლით და ტელეკომუნიკაციების ინფრასტრუქტურაში.

XKHსაlN-on-NPSS ვაფლი

საფირონის ბროლის მომავალი ნახევარგამტარებში

საფირონმა უკვე აჩვენა უდიდესი ღირებულება ნახევარგამტარებში, ჩიპების წარმოებიდან დაწყებული, აერონავტიკითა და სუპერგამტარებით დამთავრებული. ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, მისი როლი კიდევ უფრო გაფართოვდება. ხელოვნურ ინტელექტში, საფირონზე დაფუძნებული დაბალი სიმძლავრის, მაღალი ხარისხის ჩიპები ხელს შეუწყობს ხელოვნური ინტელექტის განვითარებას ჯანდაცვაში, ტრანსპორტსა და ფინანსებში. კვანტურ გამოთვლებში, საფირონის მატერიალური თვისებები მას კუბიტ ინტეგრაციის პერსპექტიულ კანდიდატად ასახელებს. ამასობაში, GaN-ზე დაფუძნებული საფირონის მოწყობილობები დააკმაყოფილებს 5G/6G საკომუნიკაციო აპარატურის მზარდ მოთხოვნებს. მომავალში, საფირონი დარჩება ნახევარგამტარული ინოვაციების ქვაკუთხედად, რაც კაცობრიობის ტექნოლოგიურ პროგრესს განაპირობებს.

XKH-ის GaN-ზე დაფუძნებული საფირონის ეპიტაქსიური ვაფლი

XKH უახლესი ტექნოლოგიებით დამზადებულ საფირონის ოპტიკურ ფანჯრებსა და GaN-ზე საფირონის ვაფლის გადაწყვეტებს სთავაზობს თანამედროვე აპლიკაციებისთვის. კრისტალების ზრდისა და ნანომასშტაბიანი გაპრიალების ტექნოლოგიების გამოყენებით, ჩვენ ვქმნით ულტრაბრტყელ საფირონის ფანჯრებს ულტრაიისფერი გამოსხივების სპექტრებიდან ინფრაწითელამდე განსაკუთრებული გადაცემით, რაც იდეალურია აერონავტიკის, თავდაცვისა და მაღალი სიმძლავრის ლაზერული სისტემებისთვის.