Der winzige Saphirkristall treibt die "große Zukunft" der Halbleiter voran

Der winzige Saphirkristall treibt die "große Zukunft" der Halbleiter voran

In unserem täglichen Leben sind elektronische Geräte wie Mobiltelefone und Smartwatches zu untrennbaren Begleitern geworden.Diese Geräte werden immer dünner und leichter und bieten gleichzeitig leistungsfähigere FunktionenHaben Sie sich jemals gefragt, was hinter ihrer kontinuierlichen Entwicklung steckt? Die Antwort sind Halbleitermaterialien, und heute werden wir uns auf einen der herausragendsten Leistungsträger auf diesem Gebiet konzentrieren:.

Der Saphirkristall, der hauptsächlich aus α-Al2O3 besteht, entsteht durch die Kombination von drei Sauerstoffatomen und zwei Aluminiumatomen durch kovalente Bindungen, was zu einer hexagonalen Kristallstruktur führt.SichtbarAls Halbleitermaterial wird Saphirkristall jedoch wegen seiner hervorragenden Eigenschaften mehr geschätzt.Es zeigt eine bemerkenswerte chemische Stabilität., in der Regel unlöslich in Wasser und beständig gegen Korrosion durch Säuren und Basen, wirkt als "chemischer Schutzschutz", der seine Eigenschaften in verschiedenen chemischen Umgebungen beibehält.Zusätzlich, verfügt über eine gute Lichtdurchlässigkeit, so dass Licht reibungslos hindurchgeht; hervorragende Wärmeleitfähigkeit, die hilft, Wärme schnell zu zerstreuen, um zu verhindern, dass Geräte "überhitzt";und hervorragende elektrische Isolierung, die eine stabile Übertragung elektronischer Signale gewährleistet und Leckageprobleme verhindert.Nach dem Diamanten in der Natur, so dass es sehr widerstandsfähig gegen Verschleiß und Erosion ist und in der Lage ist, in verschiedenen komplexen Umgebungen "festzustehen".

Die "geheime Waffe" in der Chipherstellung

(I) Schlüsselmaterial für Niedrigleistungschips

Heute entwickeln sich elektronische Geräte rasch in Richtung Miniaturisierung und hoher Leistung.und drahtlose Ohrhörer sollen eine längere Akkulaufzeit und einen schnelleren Betrieb habenDies stellt extrem hohe Anforderungen an Chips dar, wobei leistungsarme Chips das Ziel der Industrie werden.eine Verringerung der Isolationsleistung von dielektrischen Materialien im Nanometermaßstab, was zu Stromlecks, erhöhten Energieverbrauch, starker Erwärmung des Geräts und reduzierter Stabilität und Lebensdauer führt.

Das Forscherteam am Shanghai Institute of Microsystems and Information Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat nach jahrelanger ForschungErfolgreich entwickelte künstliche Saphir-Dielektroflaschen, die eine starke technische Unterstützung für die Entwicklung von Niedrigleistungschips bietet.Sie verwendeten eine innovative Metall-Interkalations-Oxidationstechnik, um einkristallines Aluminium in einkristallines Aluminiumoxid zu oxidieren.Dieses Material erreicht einen extrem geringen Leckstrom bei einer Dicke von 1 Nanometer und löst damit die Herausforderungen, denen herkömmliche dielektrische Materialien gegenüberstehen.Im Vergleich zu traditionellen amorphen Dielektrometallen, Kunstsafir-Dielektroflaschen weisen erhebliche Vorteile in Bezug auf Struktur und elektronische Leistung auf,mit einer um zwei Größenordnungen reduzierten Zustanddichte und stark verbesserten Schnittstellen mit zweidimensionalen HalbleitermaterialienDas Forscherteam nutzte dieses Material in Kombination mit zweidimensionalen Materialien, um erfolgreich geringe Leistungs-Chip-Geräte herzustellen.erhebliche Verbesserung der Akkulaufzeit und der Betriebseffizienz von ChipsDiese Errungenschaft bedeutet, dass für Smartphones die Akkulaufzeit erheblich verlängert wird und die Notwendigkeit häufiger Aufladungen beseitigt wird.Niedrigleistungschips ermöglichen einen stabileren und langlebigeren Betrieb des Geräts, die eine schnellere Entwicklung in diesen Bereichen vorantreiben.

(II) Der "perfekte Partner" von Galliumnitrid

Im Bereich Halbleiter zeichnet sich Galliumnitrid (GaN) durch seine einzigartigen Vorteile als ein strahlender Stern aus.viel größer als das Silizium 1.1eV, GaN überzeugt bei Hochtemperatur-, Hochspannungs- und Hochfrequenzanwendungen und bietet eine hohe Elektronenmobilität und elektrische Feldstärke bei Abbau,Dies macht es zu einem idealen Material für die Herstellung von Hochleistungs-In der Leistungselektronik beispielsweise arbeiten GaN-Leistungseinrichtungen mit höheren Frequenzen mit geringerem Energieverbrauch.mit erheblichen Vorteilen bei der Energieumwandlung und dem StromqualitätsmanagementIm Bereich der Mikrowellenkommunikation wird GaN zur Herstellung von Hochleistungs- und Hochfrequenz-Mikrowellenkommunikationsgeräten wie Leistungsverstärkern in der 5G-Mobilkommunikation verwendet.die die Qualität und Stabilität der Signalübertragung verbessern.

Saphirkristall und Galliumnitrid sind "perfekte Partner". Sie zeigen eine gute Gitter-Übereinstimmung, und obwohl die Gitter-Uneinstimmung höher ist als bei Siliziumkarbid,Saphirsubstrate zeigen eine geringere thermische Fehlanpassung während der GaN-Epitaxie, die eine stabile Grundlage für das GaN-Wachstum bieten.Die gute Wärmeleitfähigkeit und die optische Transparenz des Saphirkristalls ermöglichen es ihm, Wärme bei hohem Temperaturbetrieb von GaN-Geräten schnell abzugeben.Außerdem verringert die hervorragende elektrische Isolierung des Saphirkristalls wirksam die Signalstörungen und den Stromverlust.auf der Grundlage der Kombination von Saphirkristall und GalliumnitridAuf dem Gebiet der LEDs sind GaN-basierte LEDs zum Marktmainstream geworden und werden weitgehend in Beleuchtungs- und Displayanwendungen eingesetzt.von LED-Lampen für den Haushalt bis hin zu großen AußeneinblendenLasers spielen auch eine wichtige Rolle in der optischen Kommunikation und Laserverarbeitung.

Die Grenzen der Halbleiteranwendungen erweitern

(I) Der "Schild" im militärischen und Luft- und Raumfahrtbereich

Militärische und Raumfahrttechnik-Geräte arbeiten oft in extrem rauen Umgebungen.und Herausforderungen, die durch VakuumumumgebungenMilitärische Ausrüstung, wie Kampfflugzeuge, erlebt bei Hochgeschwindigkeitsflügen Temperaturen von mehr als 1000°C aufgrund von Luftreibung, hoher Überlastung und starker elektromagnetischer Störungen.

Der Saphirkristall ist mit seinen einzigartigen Eigenschaften ein ideales Material für kritische Komponenten in diesen Bereichen.mit einer Breite von mehr als 10 mm,, die als widerstandsfähiger "Hochtemperaturschutz" fungiert, um den normalen Betrieb des Geräts zu gewährleisten.Die Leistung des Saphirkristalls bleibt nahezu unverändert., die interne elektronische Komponenten wirksam schützen.

Aufgrund dieser Eigenschaften wird Saphirkristall in der Herstellung hochtemperaturbeständiger Infrarotfenster eingesetzt. 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 signalsInfrarotfenster auf Saphirkristallbasis sind nicht nur hohen Temperaturen standhalten, sondern sorgen auch für eine hohe Infrarotlichtübertragbarkeit, was die Genauigkeit der Raketenführung erheblich verbessert.In der Luft- und Raumfahrt, die Satellitenoptik auch auf Saphirkristalle angewiesen ist, die einen stabilen Schutz für optische Instrumente in rauen Raumbedingungen bieten und klare und genaue Satellitenbilder gewährleisten.

(II) Die "Neue Grundlage für Supraleitfähigkeit und Mikroelektronik"

Im Bereich der Supraleitung dient der Saphirkristall als unverzichtbares Substrat für supraleitende Folie.Magnetische Schwingzüge, und Kernmagnetresonanztomographie, die eine elektrische Leitung ohne Widerstand ermöglicht und den Energieverlust erheblich reduziert.Die Herstellung von leistungsstarken supraleitenden Filmen erfordert hochwertige Substratmaterialien.Die stabile Kristallstruktur des Saphirkristalls und die gute Gitterverknüpfung mit supraleitenden Materialien bilden eine stabile Grundlage für das Wachstum eines supraleitenden Films.Durch das epitaxielle Wachstum von supraleitenden Materialien wie MgB2 (Magnesiumdiborid) auf Saphirkristallen, können qualitativ hochwertige supraleitende Filme hergestellt werden, mit signifikanten Verbesserungen der kritischen Stromdichte und der kritischen Leistungsindikatoren des Magnetfeldes.Die Verwendung supraleitender Filme auf Saphir-Substraten für Kabel kann die Leistungsübertragungsfähigkeit erheblich verbessern und den Energieverlust bei der Übertragung reduzieren.

In der Mikroelektronik spielt der Saphirkristall ebenfalls eine wichtige Rolle.,Diese Eigenschaften lassen sich nutzen, um Silizium-Epitaxialschichten mit spezifischen elektrischen Eigenschaften zu züchten.R-Ebene Saphir Substrate werden üblicherweise in Hochgeschwindigkeits-Integrationsschaltungen verwendet, die eine gute Gitterverknüpfung für Silizium-Epitaxialschichten ermöglicht, Kristalldefekte reduziert und so die Geschwindigkeit und Stabilität des integrierten Stromkreises verbessert.aufgrund ihrer hohen Isolations- und einheitlichen Kapazitätseigenschaften, werden in der hybriden Mikroelektroniktechnologie weit verbreitet.Sie dienen nicht nur als Wachstumssubstrate für hochtemperaturartige Supraleiter, sondern helfen auch bei der Optimierung der Schaltung von Schaltkreisen im integrierten SchaltkreisdesignHigh-End-elektronische Geräte, wie z. B. Kernchips in Hochleistungscomputern und Kommunikationsbasisstationen, verfügen über Saphir-Substrate.Unterstützung der Entwicklung der Mikroelektroniktechnologie.

Die künftige Blaupause für Saphirkristall

Saphirkristall hat bereits einen erheblichen Anwendungswert im Bereich der Halbleiter gezeigt und spielt eine unverzichtbare Rolle in der Chipherstellung, in militärischen Anwendungen und in der Luftfahrt.ÜberleitfähigkeitIn der künstlichen Intelligenz wird man erwartet, dass der Saphirkristall in Zukunft in weiteren Bereichen Durchbrüche erzielen wird.Da die Nachfrage nach Computing-Chip-Leistung weiter steigtIn den letzten Jahren hat sich der Bedarf an leistungsstarken Chips mit geringer Leistung erhöht.Es wird erwartet, dass sie die Weiterentwicklung von Chips für künstliche Intelligenz vorantreibt und breitere Anwendungen von KI-Technologie in Bereichen wie Gesundheitswesen fördert.Im Bereich der Quantencomputer, obwohl noch in einem frühen Stadium, machen die hervorragenden Eigenschaften des Saphirkristalls es zu einem potenziellen Kandidatenmaterial für Quantenchips.Unterstützung von Durchbrüchen in der Quantenrechentechnologie.

ZMSH ist spezialisiert auf hochwertige optische Saphirfenster und GaN-on-Saphir-Epitaxial-Wafer, die für missionskritische Anwendungen zugeschnitten sind.Unsere Saphirfenster kombinieren militärische Haltbarkeit mit optischer Perfektion., mit einer Oberflächenrauheit unter Angstrom für eine überlegene Lichtübertragung in extremen Umgebungen.Die GaN-on-Sapphire-Plattform erzielt mit unserer firmeneigenen Defektreduktionstechnologie bahnbrechende Leistungen.Durch vertikal integrierte Fertigung vom Kristallwachstum bis zur PräzisionsveredelungZMSH ermöglicht es Kunden, die Grenzen der Photonik und Leistungselektronik zu überschreiten.

Die AlN-On-Sapphire-Epitaxialwafer von ZMSH