Крошечный сапфировый кристалл - "великое будущее" полупроводников

Крошечный сапфировый кристалл - "великое будущее" полупроводников

В нашей повседневной жизни электронные устройства, такие как мобильные телефоны и умные часы, стали нашими неотделимыми спутниками.Эти устройства становятся все тоньше и легче, предлагая при этом более мощные функцииВы когда-нибудь задумывались, что стоит за их непрерывной эволюцией? Ответ - полупроводниковые материалы, и сегодня мы сосредоточимся на одном из выдающихся исполнителей в этой области: кристалле сапфира.

Кристалл сапфира, в основном состоящий из α-Al2O3, образуется путем сочетания трех атомов кислорода и двух атомов алюминия посредством ковалентной связи, в результате чего получается шестиугольная кристаллическая структура.ВизуальноОднако, как полупроводниковый материал, кристалл сапфира более ценен за его превосходные свойства.Он обладает замечательной химической стабильностью., обычно нерастворимый в воде и устойчивый к коррозии кислотами и основами, действующий как "химический защитник", который сохраняет свои характеристики в различных химических средах.Дополнительно, он может похвастаться хорошей светопроницаемостью, позволяющей свету плавно проходить через него; отличная теплопроводность, которая помогает быстро рассеивать тепло, чтобы предотвратить "перегрев" устройств;и отличная электрическая изоляцияКроме того, кристалл сапфира обладает отличными механическими свойствами, с твердостью 9 по шкале Моха,Второе место после алмаза в природе, что делает его высоко устойчивым к износу и эрозии, и способным "стоять твердо" в различных сложных условиях.

"Тайное оружие" в производстве микросхем

(I) Ключевой материал для маломощных чипов

Сегодня электронные устройства стремительно развиваются к миниатюризации и высокой производительности.и беспроводные наушники должны иметь более длительный срок службы батареи и более быструю работуЭто ставит чрезвычайно высокие требования к чипам, с низкомощные чипы становятся преследование промышленности.испытывают снижение изоляционных характеристик диэлектрических материалов в нанометровом масштабе, что приводит к утечке тока, увеличению энергопотребления, сильному нагреву устройства и уменьшению стабильности и срока службы.

Исследовательская группа из Шанхайского института микросистем и информационных технологий Китайской академии наук, после многих лет исследований,успешно разработанные искусственные диэлектрические пластинки из сапфира, предоставляя сильную техническую поддержку для разработки микросхем малой мощности.Они использовали инновационный метод окисления металла интеркаляцией для окисления однокристаллического алюминия в однокристаллический оксид алюминияЭтот материал достигает чрезвычайно низкого тока утечки на толщине 1 нанометр, эффективно решая проблемы, с которыми сталкиваются традиционные диэлектрические материалы.По сравнению с традиционными аморфными диэлектрическими материалами, искусственные диэлектрические пластинки из сапфира имеют значительные преимущества по структуре и электронным характеристикам,с плотностью состояния, уменьшенной на два порядка и значительно улучшенными интерфейсами с двумерными полупроводниковыми материаламиИсследовательская группа использовала этот материал в сочетании с двумерными материалами для успешного изготовления маломощных чип-устройств.значительное повышение срока службы батареи и эффективности работы чиповЭто достижение означает, что для смартфонов срок службы батареи будет значительно увеличен, исключая необходимость частого зарядки.Маломощные чипы позволят более стабильной и долговечной работе устройства, способствующие более быстрому развитию в этих областях.

(II) "Идеальный партнер" нитрида галлия

В области полупроводников нитрид галлия (GaN) выделяется как яркая звезда благодаря своим уникальным преимуществам.гораздо больше, чем у кремния.1eV, GaN превосходит при применении при высоких температурах, высоком напряжении и высокой частоте, обеспечивая высокую мобильность электронов и прочность распада электрического поля;что делает его идеальным материалом для производства высокомощныхНапример, в области силовой электроники силовые устройства GaN работают на более высоких частотах с более низким потреблением энергии,предлагает значительные преимущества в преобразовании энергии и управлении качеством энергииВ области микроволновой связи GaN используется для производства высокомощных и высокочастотных микроволновых устройств связи, таких как усилители мощности в мобильной связи 5G,которые улучшают качество и стабильность передачи сигнала.

Сапфировый кристалл и галлиевый нитрид являются идеальным партнером, они демонстрируют хорошее соответствие решетки, и хотя несоответствие решетки выше, чем у карбида кремния,Сапфировые субстраты демонстрируют меньшее тепловое несоответствие во время эпитаксии GaN, обеспечивая устойчивую основу для роста GaN.хорошая теплопроводность сапфирового кристалла и оптическая прозрачность позволяют ему быстро рассеивать тепло при высокотемпературной работе GaN-устройствКроме того, отличная электрическая изоляция сапфирового кристалла эффективно уменьшает помехи сигнала и потерю мощности.На основе сочетания кристаллов сапфира и нитрида галлияВ области светодиодов светодиоды на основе GaN стали основным направлением на рынке, широко используемыми в освещении и дисплеях.от бытовых светодиодных ламп до больших наружных дисплеевЛазеры также играют важную роль в оптической связи и лазерной обработке.

Расширение границ применения полупроводников

(I) "Щит" в военной и аэрокосмической сферах

Военное и аэрокосмическое оборудование часто работает в чрезвычайно суровых условиях.и вызовов, связанных с вакуумными средамиВоенная техника, такая как истребители, испытывает температуры, превышающие 1000°C, из-за трения воздуха во время высокоскоростного полета, а также высокой перегрузки и сильных электромагнитных помех.

Сапфировый кристалл, с его уникальными свойствами, является идеальным материалом для критических компонентов в этих областях.способен выдерживать температуру до 2045°C при сохранении стабильности конструкции без деформации или плавленияКроме того, его сильная радиационная устойчивость означает, что в условиях космического и ядерного излученияУстойчивость кристаллов сапфира остается практически неизменной., эффективно защищая внутренние электронные компоненты.

Исходя из этих характеристик, кристалл сапфира широко используется в производстве высокотемпературных инфракрасных окон. 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 signalsИнфракрасные окна на основе сапфировых кристаллов не только выдерживают высокие температуры, но и обеспечивают высокую передачу инфракрасного света, что значительно улучшает точность наведения ракеты.В аэрокосмической области, спутниковое оптическое оборудование также использует сапфирный кристалл, обеспечивающий стабильную защиту оптических инструментов в суровых космических условиях и обеспечивающий четкое и точное спутниковое изображение.

(II) "Новый фундамент сверхпроводности и микроэлектроники"

В области сверхпроводящей способности кристалл сапфира служит незаменимым субстратом для сверхпроводящих пленок.поезда с магнитной левитацией, и ядерной магнитно-резонансной томографии, позволяющей электрическую проводимость с нулевым сопротивлением и значительно уменьшая потери энергии.Для подготовки высокопроизводительных сверхпроводящих пленок требуются высококачественные материалы для подложки.Стабильная кристаллическая структура сапфира и хорошее сочетание решетки с сверхпроводящими материалами обеспечивают стабильную основу для роста сверхпроводящей пленки.Эпитаксиально выращивая сверхпроводящие материалы, такие как MgB2 (диборид магния) на кристалле сапфира, можно изготовить высококачественные сверхпроводящие пленки с значительным улучшением плотности критического тока и показателей критической эффективности магнитного поля.использование сверхпроводящих пленок на основе сапфировых субстратов для кабелей может значительно повысить эффективность передачи энергии и уменьшить потери энергии во время передачи.

В области микроэлектроники интегральных схем важную роль играет также кристалл сапфира.,Используя эти характеристики, можно выращивать эпитаксиальные слои кремния со специфическими электрическими свойствами.R-плоскость сапфировые субстраты обычно используются в высокоскоростных интегральных схемах, обеспечивая хорошее соответствие решетки для кремниевых эпитаксиальных слоев, уменьшая кристаллические дефекты и, таким образом, улучшая скорость и стабильность интегральной цепи.из-за их высокой изоляции и однородных характеристик емкости, широко используются в гибридной технологии микроэлектроники.Они не только служат субстратами для роста сверхпроводников высокой температуры, но и помогают оптимизировать схемы в дизайне интегральных схем, улучшая интеграцию и надежность схем.предоставление солидной поддержки развитию микроэлектронной технологии.

Будущий план для сапфирового кристалла

Сапфирный кристалл уже продемонстрировал значительную ценность применения в области полупроводников, играя незаменимую роль в производстве чипов, военных и аэрокосмических приложениях,сверхпроводностьПоскольку технологии продолжают развиваться, ожидается, что кристалл сапфира достигнет прорывов в других областях в будущем.поскольку спрос на производительность компьютерных чипов продолжает растиКристалл сапфира, как ключевой материал,ожидается, что это будет способствовать дальнейшему развитию чипов искусственного интеллекта и продвижению более широких применений технологии искусственного интеллекта в таких областях, как здравоохранение.В области квантовых вычислений, хотя и на ранних стадиях, отличные свойства сапфировых кристаллов делают их потенциальным материалом для квантовых чипов.поддержка прорывов в области квантовых вычислительных технологий.

ZMSH специализируется на высококачественных сапфировых оптических окнах и GaN-на-сапфировых эпитаксиальных пластинах, предназначенных для критических приложений.Наши сапфировые окна сочетают в себе военную прочность с оптическим совершенством, обладающая грубостью поверхности ниже ангстрома для превосходной передачи света в экстремальных условиях.Платформа GaN на сапфире достигает прорывных результатов с помощью нашей собственной технологии уменьшения дефектов, обеспечивая плотность дислокации < 3E6/см2 для высокомощных радиочастотных и оптоэлектронных устройств.ZMSH позволяет клиентам расширять границы фотоники и производительности электротехники.

Эпитаксиальная пластина ZMSH AlN-On-Sapphire