Di jiyana rojane de, amûrên elektronîkî yên wekî telefonên jîr û saetên jîr bûne hevalbendên wan ên bêqusûr. Ev amûr her ku diçe ziravtir û bihêztir dibin. Gelo we qet meraq kiriye ka çi dibe sedema pêşveçûna wan a domdar? Bersiv di materyalên nîvconductor de ye, û îro, em li ser yek ji wan ên herî berbiçav - krîstala safîr - disekinin.
Krîstala safîrê, ku bi giranî ji α-Al₂O₃ pêk tê, ji sê atomên oksîjenê û du atomên alumînyûmê pêk tê ku bi kovalentî ve girêdayî ne, avahiyek şebekeya şeşalî çêdikin. Her çend di xuyangê de dişibihe safîra pola gem, krîstalên safîrê yên pîşesaziyê performansa bilindtir tekez dikin. Ji hêla kîmyayî ve bêbandor e, di avê de nayê çareserkirin û li hember asîd û alkaliyan berxwedêr e, wekî "mertalek kîmyewî" tevdigere ku di hawîrdorên dijwar de aramiyê diparêze. Wekî din, ew şefafiyeta optîkî ya hêja nîşan dide, ku destûrê dide veguhestina ronahiyê ya bi bandor; îhtîmala germî ya bihêz, ku pêşî li germbûna zêde digire; û îzolasyona elektrîkê ya berbiçav, ku veguhestina sînyala stabîl bêyî rijandinê misoger dike. Ji hêla mekanîkî ve, safîr xwedan hişkiya Mohs a 9 e, ku tenê piştî elmasê duyemîn e, ku wê pir berxwedêrê aşandin û erozyonê dike - îdeal ji bo sepanên daxwazkar.
Çekê Veşartî di Çêkirina Çîpan de
(1) Materyalê Sereke ji bo Çîpên Kêm-Hêz
Ji ber ku elektronîk ber bi mînyaturîzasyon û performansa bilind ve diçe, çîpên kêm-hêz bûne krîtîk. Çîpên kevneşopî di qalindahiya nanopîvan de ji xirabûna îzolasyonê dikişînin, ku dibe sedema rijandina ceyranê, zêdebûna xerckirina enerjiyê, û zêde germbûna zêde, ku aramî û temenê jiyanê dixe xeterê.
Lêkolînerên li Enstîtuya Mîkrosîstem û Teknolojiya Agahdariyê ya Şanghayê (SIMIT), Akademiya Zanistên Çînê, waflên dîelektrîk ên safîrê yên çêkirî bi karanîna teknolojiya oksîdasyona bi metal ve girêdayî pêşxistin, ku alumînyûma krîstala yekane vediguherînin alumînyûma krîstala yekane (safîr). Bi qalindahiya 1 nm, ev materyal herikîna rijandinê ya pir kêm nîşan dide, ku di kêmkirina dendika rewşê de û baştirkirina kalîteya navrûyê bi nîvconductorên 2D re ji dîelektrîkên amorf ên kevneşopî bi du rêzên mezinahîyê çêtir e. Yekkirina vê bi materyalên 2D re çîpên kêm-hêz dihêle, temenê bateriyê di têlefonên jîr de bi girîngî dirêj dike û aramiyê di sepanên AI û IoT de zêde dike.
(2) Hevkarê bêkêmahî ji bo Gallyum Nîtrîd (GaN)
Di warê nîvconductoran de, nîtrîda galyûmê (GaN) ji ber avantajên xwe yên bêhempa wekî stêrkek geş derketiye holê. Wekî materyalek nîvconductor a bi bandgapek fireh bi bandgapek 3.4 eV - ji 1.1 eV ya silîkonê pir mezintir - GaN di sepanên germahiya bilind, voltaja bilind û frekansa bilind de serketî ye. Tevgera wê ya elektronê ya bilind û hêza qada şikestina krîtîk wê dike materyalek îdeal ji bo cîhazên elektronîkî yên bi hêz, germahiya bilind, frekansa bilind û geşbûna bilind. Di elektronîkên hêzê de, cîhazên li ser bingeha GaN di frekansên bilindtir de bi xerckirina enerjiyê ya kêmtir dixebitin, performansek bilind di veguherîna hêzê û rêveberiya enerjiyê de pêşkêş dikin. Di ragihandinên mîkropêlê de, GaN pêkhateyên bi hêz, frekansa bilind ên wekî amplîfîkatorên hêzê yên 5G çalak dike, kalîte û aramiya veguhestina sînyalê zêde dike.
Krîstala safîrê wekî "hevkarê bêkêmahî" ji bo GaN tê hesibandin. Her çend nelihevhatina wê ya tora bi GaN re ji ya karbîda silîkonê (SiC) bilindtir be jî, substratên safîrê di dema epîtaksiya GaN de nelihevhatina germî ya kêmtir nîşan didin, ku bingehek stabîl ji bo mezinbûna GaN peyda dike. Wekî din, guhêrbariya germî ya hêja û şefafiyeta optîkî ya safîrê belavkirina germê ya bi bandor di cîhazên GaN-ê yên hêza bilind de hêsan dike, îstîqrara xebitandinê û karîgeriya derana ronahiyê ya çêtirîn misoger dike. Taybetmendiyên wê yên îzolekirina elektrîkê yên bilind destwerdana sînyalê û windabûna hêzê kêm dike. Têkeliya safîrê û GaN bûye sedema pêşkeftina cîhazên performansa bilind, di nav de LED-ên li ser bingeha GaN, ku li bazarên ronahîkirin û pêşandanê serdest in - ji ampûlên LED-ê yên malê bigire heya ekranên mezin ên derve - û her weha dîodên lazerê yên ku di ragihandina optîkî û pêvajoya lazerê ya rastîn de têne bikar anîn.
Wafla GaN-li-safîrê ya XKH
Berfirehkirina Sînorên Serlêdanên Nîvconductor
(1) "Mertal" di Serlêdanên Leşkerî û Hewayî de
Amûrên di sepanên leşkerî û fezayî de pir caran di şert û mercên dijwar de dixebitin. Di fezayê de, keştîyên fezayî li germahiyên nêzîkî sifir-mutleq, tîrêjên kozmîk ên dijwar û dijwarîyên hawîrdorek valahiyê tehemûl dikin. Di vê navberê de, balafirên leşkerî ji ber germbûna aerodînamîk di dema firîna bi leza bilind de, digel barên mekanîkî yên bilind û destwerdana elektromagnetîk, bi germahiyên rûyê erdê yên ku ji 1,000°C derbas dibin re rû bi rû dimînin.
Taybetmendiyên bêhempa yên krîstala safîrê wê dike materyalek îdeal ji bo pêkhateyên krîtîk di van waran de. Berxwedana wê ya bêhempa ya li hember germahiya bilind - ku heta 2,045°C li ber xwe dide dema ku yekparebûna avahîsaziyê diparêze - performansa pêbawer di bin zexta germî de misoger dike. Hişkbûna wê ya tîrêjê di heman demê de fonksiyonê di jîngehên kozmîk û navokî de jî diparêze, bi bandor elektronîkên hesas diparêze. Van taybetmendiyan bûne sedema karanîna berfireh a safîrê di pencereyên înfrared (IR) ên germahiya bilind de. Di pergalên rêberiya mûşekan de, pencereyên IR divê zelaliya optîkî di bin germahî û leza zêde de biparêzin da ku tespîtkirina hedefa rast misoger bikin. Pencereyên IR yên li ser bingeha safîrê aramiya germî ya bilind bi veguhestina IR ya bilind re li hev dikin, ku rastbûna rêberiyê bi girîngî baştir dike. Di fezayê de, safîr pergalên optîkî yên satelîtê diparêze, ku di şert û mercên dijwar ên orbîtê de wênekirina zelal gengaz dike.
XKHpencereyên optîkî yên safîr
(2) Bingeha Nû ji bo Superconductors û Mîkroelektronîkê
Di superconductivity de, safîr wekî substratek girîng ji bo fîlmên tenik ên superconductor kar dike, ku guhêrbariya sifir-berxwedanê gengaz dike - şoreşek di veguhestina hêzê, trênên maglev, û pergalên MRI de. Fîlmên superconductor ên performansa bilind hewceyê substratên bi avahiyên torê yên stabîl in, û lihevhatina safîrê bi materyalên wekî magnezyûm dîborîd (MgB₂) re dihêle ku fîlm bi dendika herikîna krîtîk a zêdekirî û zeviya magnetîkî ya krîtîk mezin bibin. Mînakî, kabloyên hêzê yên ku fîlmên superconductor ên bi safîrê piştgirîkirî bikar tînin, bi kêmkirina windabûna enerjiyê karîgeriya veguhestinê bi awayekî berbiçav baştir dikin.
Di mîkroelektronîkê de, substratên safîrê yên bi arasteyên krîstalografîk ên taybetî - wekî R-plane (<1-102>) û A-plane (<11-20>) - ji bo çerxên entegre yên pêşkeftî (IC) qatên epitaksiyal ên silîkonê yên li gorî daxwazê çêdikin. Safîra R-plane kêmasiyên krîstalê di IC-yên bilez de kêm dike, leza xebitandinê û aramiyê zêde dike, di heman demê de taybetmendiyên îzolekirinê yên safîra A-plane û destûra yekreng mîkroelektronîka hîbrîd û entegrasyona superconductor a germahiya bilind çêtir dike. Ev substrat di binesaziya hesabkirin û telekomunîkasyonê ya performansa bilind de çîpên bingehîn piştgirî dikin.
XKH'yêYEKWafera lN-li-NPSS
Pêşeroja Krîstala Safîrê di Nîvconductors de
Safîr ji niha ve di nav nîvconductoran de, ji çêkirina çîpan bigire heya hewavaniyê û superconductoran, nirxek mezin nîşan daye. Her ku teknoloji pêş dikeve, rola wê dê bêtir berfireh bibe. Di zekaya sûnî de, çîpên hêza kêm û performansa bilind ên bi safîrê piştgirîkirî dê pêşketinên AI di lênihêrîna tenduristiyê, veguhastin û darayî de bi rê ve bibin. Di hesabkirina kûantumê de, taybetmendiyên materyalê safîrê wê wekî namzetek sozdar ji bo entegrasyona qubit bi cih dikin. Di heman demê de, cîhazên GaN-li ser-safîrê dê daxwazên zêde yên ji bo alavên ragihandinê yên 5G/6G bicîh bînin. Ji bo pêşerojê, safîr dê kevirê bingehîn ê nûjeniya nîvconductor bimîne, ku pêşkeftina teknolojîk a mirovahiyê hêzdar dike.
Wafla epitaksiyal a GaN-li ser-safîrê ya XKH
XKH pencereyên optîkî yên safîrê yên bi endezyariya rast û çareseriyên waflên GaN-li ser safîrê ji bo sepanên pêşkeftî peyda dike. Bi karanîna teknolojiyên mezinbûna krîstalê yên taybet û cilalkirina di pîvana nano de, em pencereyên safîrê yên ultra-dûz bi veguhestinek bêhempa ji spektrumên UV berbi IR peyda dikin, ku ji bo pergalên hewavaniyê, parastinê û lazerê yên bi hêza bilind îdeal in.
Dema weşandinê: 18ê Nîsanê, 2025