Günlük hayatta akıllı telefonlar ve akıllı saatler gibi elektronik cihazlar vazgeçilmez yoldaşlar haline geldi. Bu cihazlar giderek daha ince ama daha güçlü hale geliyor. Sürekli evrimlerini neyin sağladığını hiç merak ettiniz mi? Cevap yarı iletken malzemelerde yatıyor ve bugün bunların en göze çarpanlarından birine odaklanıyoruz: safir kristal.
Esas olarak α-Al₂O₃'den oluşan safir kristal, kovalent olarak bağlanmış üç oksijen atomu ve iki alüminyum atomundan oluşur ve altıgen bir kafes yapısı oluşturur. Görünüşte mücevher sınıfı safire benzese de, endüstriyel safir kristaller üstün performansa vurgu yapar. Kimyasal olarak inerttir, suda çözünmez ve asit ve alkalilere karşı dayanıklıdır; zorlu ortamlarda stabiliteyi koruyan bir "kimyasal kalkan" görevi görür. Ayrıca, verimli ışık iletimi sağlayan mükemmel optik şeffaflık; aşırı ısınmayı önleyen güçlü termal iletkenlik; ve sızıntı olmadan istikrarlı sinyal iletimi sağlayan olağanüstü elektriksel yalıtım özelliklerine sahiptir. Mekanik olarak safir, elmastan sonra ikinci sırada gelen 9 Mohs sertliğine sahiptir ve bu da onu aşınma ve erozyona karşı son derece dayanıklı kılar; zorlu uygulamalar için idealdir.
Çip Üretimindeki Gizli Silah
(1) Düşük Güçlü Yongalar için Temel Malzeme
Elektronikler minyatürleşmeye ve yüksek performansa doğru yöneldikçe, düşük güçteki yongalar kritik hale geldi. Geleneksel yongalar, nanoölçekli kalınlıklarda yalıtım bozulmasından muzdariptir ve bu da akım kaçağına, artan güç tüketimine ve aşırı ısınmaya yol açar ve bu da kararlılığı ve kullanım ömrünü tehlikeye atar.
Çin Bilimler Akademisi, Şanghay Mikrosistem ve Bilgi Teknolojileri Enstitüsü'ndeki (SIMIT) araştırmacılar, metal arakatkılı oksidasyon teknolojisi kullanarak tek kristal alüminyumu tek kristal alüminaya (safir) dönüştüren yapay safir dielektrik plakalar geliştirdiler. 1 nm kalınlığındaki bu malzeme, ultra düşük sızıntı akımı sergileyerek, durum yoğunluğu azaltmada geleneksel amorf dielektriklerden iki kat daha iyi performans gösteriyor ve 2D yarı iletkenlerle arayüz kalitesini iyileştiriyor. Bu malzemenin 2D malzemelerle entegre edilmesi, düşük güçlü yongaların üretilmesini sağlayarak akıllı telefonların pil ömrünü önemli ölçüde uzatıyor ve yapay zeka ve nesnelerin interneti (IoT) uygulamalarında kararlılığı artırıyor.
(2) Galyum Nitrür (GaN) için Mükemmel Eş
Yarı iletken alanında, galyum nitrür (GaN), benzersiz avantajları nedeniyle parlayan bir yıldız olarak ortaya çıkmıştır. 3,4 eV bant aralığına sahip (silikonun 1,1 eV'sinden önemli ölçüde daha büyük) geniş bant aralıklı bir yarı iletken malzeme olan GaN, yüksek sıcaklık, yüksek voltaj ve yüksek frekans uygulamalarında mükemmel performans gösterir. Yüksek elektron hareketliliği ve kritik bozulma alanı kuvveti, onu yüksek güçlü, yüksek sıcaklıklı, yüksek frekanslı ve yüksek parlaklıklı elektronik cihazlar için ideal bir malzeme haline getirir. Güç elektroniğinde, GaN tabanlı cihazlar daha düşük enerji tüketimiyle daha yüksek frekanslarda çalışarak güç dönüşümü ve enerji yönetiminde üstün performans sunar. Mikrodalga haberleşmesinde GaN, 5G güç amplifikatörleri gibi yüksek güçlü, yüksek frekanslı bileşenleri mümkün kılarak sinyal iletim kalitesini ve kararlılığını artırır.
Safir kristal, GaN için "mükemmel bir ortak" olarak kabul edilir. GaN ile kafes uyumsuzluğu silisyum karbürden (SiC) daha yüksek olsa da, safir alttaşlar GaN epitaksisi sırasında daha düşük termal uyumsuzluk sergileyerek GaN büyümesi için istikrarlı bir temel sağlar. Ayrıca, safirin mükemmel termal iletkenliği ve optik şeffaflığı, yüksek güçlü GaN cihazlarında verimli ısı dağılımını kolaylaştırarak operasyonel kararlılık ve optimum ışık çıkışı verimliliği sağlar. Üstün elektriksel yalıtım özellikleri, sinyal parazitini ve güç kaybını daha da azaltır. Safir ve GaN kombinasyonu, ev tipi LED ampullerden büyük dış mekan ekranlarına kadar aydınlatma ve ekran pazarlarına hakim olan GaN tabanlı LED'ler ve optik iletişim ve hassas lazer işlemede kullanılan lazer diyotlar da dahil olmak üzere yüksek performanslı cihazların geliştirilmesine yol açmıştır.
XKH'nin GaN-safir yongası
Yarıiletken Uygulamalarının Sınırlarını Genişletmek
(1) Askeri ve Havacılık Uygulamalarında “Kalkan”
Askeri ve havacılık uygulamalarındaki ekipmanlar genellikle aşırı koşullar altında çalışır. Uzayda, uzay araçları neredeyse sıfır sıcaklıklara, yoğun kozmik radyasyona ve vakum ortamının zorluklarına maruz kalır. Askeri uçaklar ise, yüksek hızlı uçuş sırasında aerodinamik ısınmanın yanı sıra yüksek mekanik yükler ve elektromanyetik girişim nedeniyle 1.000°C'yi aşan yüzey sıcaklıklarıyla karşı karşıyadır.
Safir kristalin benzersiz özellikleri, onu bu alanlardaki kritik bileşenler için ideal bir malzeme haline getirir. 2.045°C'ye kadar sıcaklıklara dayanıklı ve yapısal bütünlüğünü koruyan olağanüstü yüksek sıcaklık direnci, termal stres altında güvenilir performans sağlar. Radyasyon sertliği de kozmik ve nükleer ortamlarda işlevselliğini koruyarak hassas elektronik cihazları etkili bir şekilde korur. Bu özellikler, safirin yüksek sıcaklıklı kızılötesi (IR) pencerelerde yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır. Füze güdüm sistemlerinde, kızılötesi pencereler, doğru hedef tespiti sağlamak için aşırı sıcaklık ve hız altında optik netliği korumalıdır. Safir tabanlı kızılötesi pencereler, yüksek termal kararlılığı üstün kızılötesi geçirgenlikle birleştirerek güdüm hassasiyetini önemli ölçüde artırır. Havacılık ve uzay alanında ise safir, uydu optik sistemlerini koruyarak zorlu yörünge koşullarında net görüntüleme sağlar.
XKH'ninsafir optik pencereler
(2) Süperiletkenler ve Mikroelektronik için Yeni Temel
Süperiletkenlikte safir, sıfır direnç iletimini mümkün kılan süperiletken ince filmler için vazgeçilmez bir alt tabaka görevi görerek güç iletimi, manyetik levitasyonlu trenler ve MRI sistemlerinde devrim yaratır. Yüksek performanslı süperiletken filmler, kararlı kafes yapılarına sahip alt tabakalar gerektirir ve safirin magnezyum diborür (MgB₂) gibi malzemelerle uyumluluğu, gelişmiş kritik akım yoğunluğu ve kritik manyetik alana sahip filmlerin üretilmesine olanak tanır. Örneğin, safir destekli süperiletken filmler kullanan güç kabloları, enerji kaybını en aza indirerek iletim verimliliğini önemli ölçüde artırır.
Mikroelektronikte, R düzlemi (<1-102>) ve A düzlemi (<11-20>) gibi belirli kristalografik yönelimlere sahip safir alt tabakalar, gelişmiş entegre devreler (IC'ler) için özel olarak tasarlanmış silikon epitaksiyel katmanlar sağlar. R düzlemi safir, yüksek hızlı IC'lerdeki kristal kusurlarını azaltarak operasyonel hızı ve kararlılığı artırırken, A düzlemi safirin yalıtım özellikleri ve homojen geçirgenliği, hibrit mikroelektronik ve yüksek sıcaklık süperiletken entegrasyonunu optimize eder. Bu alt tabakalar, yüksek performanslı bilgi işlem ve telekomünikasyon altyapılarındaki çekirdek yongaların temelini oluşturur.
XKH'SAlN-üzerindeki-NPSS Plakası
Yarı İletkenlerde Safir Kristalin Geleceği
Safir, çip üretiminden havacılık ve süper iletkenlere kadar yarı iletkenlerde muazzam bir değer göstermiştir. Teknoloji ilerledikçe, rolü daha da genişleyecektir. Yapay zekâ alanında, safir destekli düşük güç tüketimli, yüksek performanslı çipler, sağlık, ulaşım ve finans alanlarındaki yapay zekâ ilerlemelerini yönlendirecektir. Kuantum hesaplama alanında ise, safirin malzeme özellikleri onu kübit entegrasyonu için umut verici bir aday olarak konumlandırıyor. Bu arada, safir üzerinde GaN cihazları, 5G/6G iletişim donanımına yönelik artan talepleri karşılayacak. Gelecekte, safir, insanlığın teknolojik ilerlemesine güç katan yarı iletken inovasyonunun temel taşı olmaya devam edecektir.
XKH'nin GaN-safir epitaksiyel gofreti
XKH, son teknoloji uygulamalar için hassas mühendislikli safir optik pencereler ve GaN-on-safir gofret çözümleri sunar. Tescilli kristal büyüme ve nanoölçekli parlatma teknolojilerinden yararlanarak, havacılık, savunma ve yüksek güçlü lazer sistemleri için ideal olan, UV'den IR spektrumlarına olağanüstü iletim sağlayan ultra düz safir pencereler sağlıyoruz.
Gönderi zamanı: 18-Nis-2025