Dalam kehidupan seharian, peranti elektronik seperti telefon pintar dan jam tangan pintar telah menjadi teman yang sangat diperlukan. Peranti ini menjadi semakin nipis tetapi lebih berkuasa. Pernahkah anda terfikir apa yang membolehkan evolusi berterusan mereka? Jawapannya terletak pada bahan semikonduktor, dan hari ini, kami memberi tumpuan kepada salah satu yang paling menonjol di antara mereka-kristal nilam.
Hablur nilam, terutamanya terdiri daripada α-Al₂O₃, terdiri daripada tiga atom oksigen dan dua atom aluminium yang terikat secara kovalen, membentuk struktur kekisi heksagon. Walaupun ia menyerupai nilam gred permata dari segi penampilan, kristal nilam perindustrian menekankan prestasi unggul. Lengai secara kimia, ia tidak larut dalam air dan tahan kepada asid dan alkali, bertindak sebagai "perisai kimia" yang mengekalkan kestabilan dalam persekitaran yang keras. Selain itu, ia mempamerkan ketelusan optik yang sangat baik, membolehkan penghantaran cahaya yang cekap; kekonduksian haba yang kuat, mencegah terlalu panas; dan penebat elektrik yang cemerlang, memastikan penghantaran isyarat stabil tanpa kebocoran. Secara mekanikal, nilam mempunyai kekerasan Mohs sebanyak 9, kedua selepas berlian, menjadikannya sangat tahan haus dan hakisan-ideal untuk aplikasi yang menuntut.
Senjata Rahsia dalam Pembuatan Cip
(1) Bahan Utama untuk Cip Kuasa Rendah
Memandangkan aliran elektronik ke arah pengecilan dan prestasi tinggi, cip berkuasa rendah menjadi kritikal. Cip tradisional mengalami degradasi penebat pada ketebalan skala nano, yang membawa kepada kebocoran semasa, peningkatan penggunaan kuasa dan terlalu panas, yang menjejaskan kestabilan dan jangka hayat.
Penyelidik di Institut Mikrosistem dan Teknologi Maklumat Shanghai (SIMIT), Akademi Sains China, membangunkan wafer dielektrik nilam tiruan menggunakan teknologi pengoksidaan bersilang logam, menukar aluminium kristal tunggal kepada alumina kristal tunggal (nilam). Pada ketebalan 1 nm, bahan ini mempamerkan arus bocor ultra-rendah, mengatasi prestasi dielektrik amorfus konvensional dengan dua urutan magnitud dalam pengurangan ketumpatan keadaan dan meningkatkan kualiti antara muka dengan semikonduktor 2D. Penyepaduan ini dengan bahan 2D membolehkan cip berkuasa rendah, memanjangkan hayat bateri dengan ketara dalam telefon pintar dan meningkatkan kestabilan dalam aplikasi AI dan IoT.
(2) Rakan Kongsi Sempurna untuk Gallium Nitride (GaN)
Dalam bidang semikonduktor, galium nitrida (GaN) telah muncul sebagai bintang yang bersinar kerana kelebihannya yang unik. Sebagai bahan semikonduktor celah jalur lebar dengan celah jalur 3.4 eV—lebih besar dengan ketara daripada 1.1 eV silikon—GaN cemerlang dalam aplikasi suhu tinggi, voltan tinggi dan frekuensi tinggi. Mobiliti elektron yang tinggi dan kekuatan medan pecahan kritikal menjadikannya bahan yang ideal untuk peranti elektronik berkuasa tinggi, suhu tinggi, frekuensi tinggi dan kecerahan tinggi. Dalam elektronik kuasa, peranti berasaskan GaN beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dengan penggunaan tenaga yang lebih rendah, menawarkan prestasi unggul dalam penukaran kuasa dan pengurusan tenaga. Dalam komunikasi gelombang mikro, GaN mendayakan komponen berkuasa tinggi, frekuensi tinggi seperti penguat kuasa 5G, meningkatkan kualiti dan kestabilan penghantaran isyarat.
Kristal nilam dianggap sebagai "rakan kongsi yang sempurna" untuk GaN. Walaupun ketidakpadanan kekisinya dengan GaN lebih tinggi daripada silikon karbida (SiC), substrat nilam mempamerkan ketidakpadanan terma yang lebih rendah semasa epitaksi GaN, menyediakan asas yang stabil untuk pertumbuhan GaN. Selain itu, kekonduksian terma yang sangat baik dan ketelusan optik nilam memudahkan pelesapan haba yang cekap dalam peranti GaN berkuasa tinggi, memastikan kestabilan operasi dan kecekapan output cahaya yang optimum. Sifat penebat elektriknya yang unggul meminimumkan lagi gangguan isyarat dan kehilangan kuasa. Gabungan nilam dan GaN telah membawa kepada pembangunan peranti berprestasi tinggi, termasuk LED berasaskan GaN, yang mendominasi pasaran pencahayaan dan paparan—daripada mentol LED isi rumah kepada skrin luar yang besar—serta diod laser yang digunakan dalam komunikasi optik dan pemprosesan laser ketepatan.
Wafer GaN-on-sapphire XKH
Memperluas Sempadan Aplikasi Semikonduktor
(1) "Perisai" dalam Aplikasi Ketenteraan dan Aeroangkasa
Peralatan dalam aplikasi ketenteraan dan aeroangkasa selalunya beroperasi dalam keadaan yang melampau. Di angkasa, kapal angkasa menanggung suhu hampir sifar mutlak, sinaran kosmik yang sengit, dan cabaran persekitaran vakum. Pesawat tentera, sementara itu, menghadapi suhu permukaan melebihi 1,000°C disebabkan oleh pemanasan aerodinamik semasa penerbangan berkelajuan tinggi, bersama-sama dengan beban mekanikal yang tinggi dan gangguan elektromagnet.
Sifat unik kristal nilam menjadikannya bahan yang ideal untuk komponen kritikal dalam bidang ini. Rintangan suhu tinggi yang luar biasa—tahan sehingga 2,045°C sambil mengekalkan integriti struktur—memastikan prestasi yang boleh dipercayai di bawah tekanan haba. Kekerasan sinarannya juga mengekalkan fungsi dalam persekitaran kosmik dan nuklear, dengan berkesan melindungi elektronik sensitif. Atribut ini telah membawa kepada penggunaan meluas nilam dalam tingkap inframerah (IR) suhu tinggi. Dalam sistem bimbingan peluru berpandu, tingkap IR mesti mengekalkan kejelasan optik di bawah haba dan halaju yang melampau untuk memastikan pengesanan sasaran yang tepat. Tingkap IR berasaskan nilam menggabungkan kestabilan terma yang tinggi dengan pemancaran IR yang unggul, meningkatkan ketepatan panduan dengan ketara. Dalam aeroangkasa, nilam melindungi sistem optik satelit, membolehkan pengimejan yang jelas dalam keadaan orbit yang keras.
XKH'stingkap optik nilam
(2) Asas Baharu untuk Superkonduktor dan Mikroelektronik
Dalam superkonduktiviti, nilam berfungsi sebagai substrat yang sangat diperlukan untuk filem nipis superkonduktif, yang membolehkan pengaliran rintangan sifar—merevolusikan penghantaran kuasa, kereta api maglev, dan sistem MRI. Filem superkonduktor berprestasi tinggi memerlukan substrat dengan struktur kekisi yang stabil, dan keserasian nilam dengan bahan seperti magnesium diborida (MgB₂) membolehkan pertumbuhan filem dengan ketumpatan arus kritikal yang dipertingkatkan dan medan magnet kritikal. Sebagai contoh, kabel kuasa menggunakan filem superkonduktor yang disokong nilam meningkatkan kecekapan penghantaran secara mendadak dengan meminimumkan kehilangan tenaga.
Dalam mikroelektronik, substrat nilam dengan orientasi kristalografi tertentu—seperti satah R (<1-102>) dan satah A (<11-20>)—mendayakan lapisan epitaxial silikon yang disesuaikan untuk litar bersepadu (IC) termaju. Nilam satah R mengurangkan kecacatan kristal dalam IC berkelajuan tinggi, meningkatkan kelajuan dan kestabilan operasi, manakala sifat penebat nilam A-satah dan kebolehtelapan seragam mengoptimumkan mikroelektronik hibrid dan penyepaduan superkonduktor suhu tinggi. Substrat ini menyokong cip teras dalam infrastruktur pengkomputeran dan telekomunikasi berprestasi tinggi.
XKH'sAlN-pada-NPSS Wafer
Masa Depan Kristal Nilam dalam Semikonduktor
Sapphire telah menunjukkan nilai yang sangat besar di seluruh semikonduktor, daripada fabrikasi cip kepada aeroangkasa dan superkonduktor. Apabila teknologi semakin maju, peranannya akan berkembang lagi. Dalam kecerdasan buatan, cip berkuasa rendah dan berprestasi tinggi yang disokong nilam akan memacu kemajuan AI dalam penjagaan kesihatan, pengangkutan dan kewangan. Dalam pengkomputeran kuantum, sifat bahan nilam meletakkannya sebagai calon yang menjanjikan untuk penyepaduan qubit. Sementara itu, peranti GaN-on-sapphire akan memenuhi permintaan yang semakin meningkat untuk perkakasan komunikasi 5G/6G. Melangkah ke hadapan, nilam akan kekal sebagai asas kepada inovasi semikonduktor, memperkasakan kemajuan teknologi manusia.
Wafer epitaxial GaN-on-sapphire XKH
XKH menyampaikan tingkap optik nilam kejuruteraan ketepatan dan penyelesaian wafer GaN-on-sapphire untuk aplikasi canggih. Memanfaatkan pertumbuhan kristal proprietari dan teknologi penggilap skala nano, kami menyediakan tingkap nilam ultra rata dengan transmisi yang luar biasa daripada spektrum UV ke IR, sesuai untuk sistem laser aeroangkasa, pertahanan dan berkuasa tinggi.
Masa siaran: Apr-18-2025