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 kristali, 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 kristalleri üstün performansı vurgular. Kimyasal olarak inerttir, suda çözünmez ve asitlere ve alkalilere karşı dayanıklıdır, zorlu ortamlarda kararlılığı koruyan bir "kimyasal kalkan" görevi görür. Ayrıca, verimli ışık iletimi sağlayan mükemmel optik şeffaflık; aşırı ısınmayı önleyen güçlü termal iletkenlik; ve sızıntı olmadan kararlı sinyal iletimi sağlayan olağanüstü elektriksel yalıtım sergiler. Mekanik olarak safir, elmastan sonra ikinci olan 9 Mohs sertliğine sahiptir ve bu da onu aşınma ve erozyona karşı oldukça dayanıklı hale getirir; 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, tek kristal alüminyumu tek kristal alüminaya (safir) dönüştüren metal arakatkılı oksidasyon teknolojisini kullanarak yapay safir dielektrik levhalar geliştirdiler. 1 nm kalınlığında, bu malzeme ultra düşük sızıntı akımı sergiliyor, durum yoğunluğu azaltmada geleneksel amorf dielektrikleri iki büyüklük sırası geride bırakıyor ve 2D yarı iletkenlerle arayüz kalitesini iyileştiriyor. Bunu 2D malzemelerle entegre etmek düşük güçteki yongaları mümkün kılıyor, akıllı telefonlarda pil ömrünü önemli ölçüde uzatıyor ve AI ve 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 geniş bant aralıklı bir yarı iletken malzeme olarak (silikonun 1,1 eV'sinden önemli ölçüde daha büyük) GaN, yüksek sıcaklık, yüksek voltaj ve yüksek frekans uygulamalarında mükemmeldir. Yüksek elektron hareketliliği ve kritik bozulma alanı kuvveti, onu yüksek güçlü, yüksek sıcaklıklı, yüksek frekanslı ve yüksek parlaklıktaki elektronik cihazlar için ideal bir malzeme haline getirir. Güç elektroniğinde, GaN tabanlı cihazlar daha düşük enerji tüketimiyle daha yüksek frekanslarda çalışır ve güç dönüşümü ve enerji yönetiminde üstün performans sunar. Mikrodalga iletişiminde, GaN, 5G güç amplifikatörleri gibi yüksek güçlü, yüksek frekanslı bileşenleri etkinleştirerek sinyal iletim kalitesini ve kararlılığını artırır.
Safir kristali GaN için "mükemmel ortak" olarak kabul edilir. GaN ile kafes uyumsuzluğu silisyum karbürden (SiC) daha yüksek olmasına rağmen, safir alt tabakalar GaN epitaksisi sırasında daha düşük termal uyumsuzluk sergileyerek GaN büyümesi için istikrarlı bir temel sağlar. Ek olarak, safirin mükemmel termal iletkenliği ve optik şeffaflığı yüksek güçlü GaN cihazlarında verimli ısı dağılımını kolaylaştırır, operasyonel kararlılık ve optimum ışık çıkışı verimliliği sağlar. Üstün elektriksel yalıtım özellikleri sinyal girişimini 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 iletişimlerde 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 mutlak sıfır sıcaklıklarına, yoğun kozmik radyasyona ve vakum ortamının zorluklarına dayanır. Bu arada askeri uçaklar, yüksek hızlı uçuş sırasında aerodinamik ısınma, yüksek mekanik yükler ve elektromanyetik girişim nedeniyle 1.000°C'yi aşan yüzey sıcaklıklarıyla karşı karşıyadır.
Safir kristalinin benzersiz özellikleri onu bu alanlardaki kritik bileşenler için ideal bir malzeme haline getirir. Yapısal bütünlüğünü korurken 2.045°C'ye kadar dayanabilen olağanüstü yüksek sıcaklık direnci, termal stres altında güvenilir performans sağlar. Radyasyon sertliği ayrıca kozmik ve nükleer ortamlarda işlevselliği koruyarak hassas elektronikleri etkili bir şekilde korur. Bu özellikler, safirin yüksek sıcaklıklı kızılötesi (IR) pencerelerde yaygın olarak kullanılmasına yol açmıştır. Füze güdüm sistemlerinde, IR pencereleri doğru hedef tespiti sağlamak için aşırı ısı ve hız altında optik berraklığı korumalıdır. Safir tabanlı IR pencereler, yüksek termal kararlılığı üstün IR geçirgenliğiyle birleştirerek güdüm hassasiyetini önemli ölçüde iyileştirir. Havacılıkta, 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 dirençli iletimi mümkün kılan süperiletken ince filmler için vazgeçilmez bir alt tabaka görevi görür ve güç iletimi, maglev trenleri ve MRI sistemlerinde devrim yaratır. Yüksek performanslı süperiletken filmler, kararlı kafes yapılarına sahip alt tabakalar gerektirir ve safirin magnezyum diborür (MgB₂) gibi malzemelerle uyumluluğu, geliştirilmiş kritik akım yoğunluğu ve kritik manyetik alana sahip filmlerin büyümesine 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 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 düzgün geçirgenliği hibrit mikroelektronik ve yüksek sıcaklık süper iletken entegrasyonunu optimize eder. Bu alt tabakalar, yüksek performanslı bilgi işlem ve telekomünikasyon altyapısındaki çekirdek yongaların temelini oluşturur.
XKH'SAlN-üzerindeki-NPSS Plakası
Yarıiletkenlerde Safir Kristalin Geleceği
Sapphire, çip imalatından havacılık ve süper iletkenlere kadar yarı iletkenlerde muazzam bir değer göstermiştir. Teknoloji ilerledikçe, rolü daha da genişleyecektir. Yapay zekada, safir destekli düşük güç, yüksek performanslı çipler sağlık, ulaşım ve finans alanlarındaki yapay zeka ilerlemelerini yönlendirecektir. Kuantum hesaplamada, safirin malzeme özellikleri onu kübit entegrasyonu için umut vadeden bir aday olarak konumlandırır. Bu arada, GaN-on-sapphire cihazları 5G/6G iletişim donanımı için artan talepleri karşılayacaktır. İleride, safir yarı iletken inovasyonunun temel taşı olmaya devam edecek ve insanlığın teknolojik ilerlemesine güç verecektir.
XKH'nin GaN-safir epitaksiyel yongası
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