In a vita di tutti i ghjorni, i dispusitivi elettronichi cum'è i smartphones è i smartwatch sò diventati cumpagni indispensabili. Quessi dispusitivi stanu diventendu sempre più fini ma ancu più putenti. Vi site mai dumandatu ciò chì permette a so evoluzione cuntinua ? A risposta si trova in i materiali semiconduttori, è oghje, ci cuncentramu nantu à unu di i più eccezziunali trà elli - u cristallu di zaffiro.
U cristallu di zaffiro, cumpostu principalmente da α-Al₂O₃, hè custituitu da trè atomi d'ossigenu è dui atomi d'aluminiu ligati cuvalentemente, furmendu una struttura di reticolo esagonale. Mentre s'assumiglia à u zaffiro di qualità gemma in aspettu, i cristalli di zaffiro industriali mettenu in risaltu prestazioni superiori. Chimicamente inerte, hè insolubile in acqua è resistente à l'acidi è à l'alcali, agendu cum'è un "scudo chimicu" chì mantene a stabilità in ambienti difficili. Inoltre, presenta una eccellente trasparenza ottica, chì permette una trasmissione efficiente di a luce; una forte conducibilità termica, chì impedisce u surriscaldamentu; è un eccezziunale isolamentu elettricu, chì garantisce una trasmissione stabile di u segnale senza perdite. Meccanicamente, u zaffiro vanta una durezza Mohs di 9, seconda solu à u diamante, chì u rende altamente resistente à l'usura è à l'erosione, ideale per applicazioni esigenti.
L'arma secreta in a fabricazione di chip
(1) Materiale chjave per i chip di bassa putenza
Cù a tendenza di l'elettronica versu a miniaturizazione è l'alte prestazioni, i chip di bassa putenza sò diventati critichi. I chip tradiziunali soffrenu di degradazione di l'isolamentu à spessori nanoscopichi, ciò chì porta à perdite di corrente, un aumentu di u cunsumu energeticu è un surriscaldamentu, chì compromette a stabilità è a durata di vita.
I circadori di l'Istitutu di Microsistemi è Tecnulugia di l'Informazione di Shanghai (SIMIT), Accademia Cinese di Scienze, anu sviluppatu wafer dielettrici di zaffiro artificiale utilizendu a tecnulugia di l'ossidazione intercalata cù metalli, cunvertendu l'aluminiu monocristallinu in alumina monocristallina (zaffiro). Cù un spessore di 1 nm, questu materiale presenta una corrente di dispersione ultra-bassa, superendu i dielettrici amorfi convenzionali di dui ordini di grandezza in a riduzione di a densità di statu è migliorandu a qualità di l'interfaccia cù i semiconduttori 2D. L'integrazione di questu cù materiali 2D permette chip à bassa putenza, allungendu significativamente a durata di a batteria in i smartphone è migliorandu a stabilità in l'applicazioni IA è IoT.
(2) U cumpagnu perfettu per u nitruru di galliu (GaN)
In u campu di i semiconduttori, u nitruru di galliu (GaN) hè diventatu una stella brillante per via di i so vantaghji unichi. Cum'è un materiale semiconduttore à banda larga cù una banda proibita di 3,4 eV - significativamente più grande di l'1,1 eV di u siliciu - GaN eccelle in applicazioni à alta temperatura, alta tensione è alta frequenza. A so alta mobilità elettronica è a forza di u campu di rottura critica ne facenu un materiale ideale per dispositivi elettronichi à alta putenza, alta temperatura, alta frequenza è alta luminosità. In l'elettronica di putenza, i dispositivi basati nantu à GaN operanu à frequenze più alte cù un cunsumu energeticu più bassu, offrendu prestazioni superiori in a cunversione di putenza è a gestione di l'energia. In e cumunicazioni à microonde, GaN permette cumpunenti à alta putenza è alta frequenza cum'è amplificatori di putenza 5G, migliurendu a qualità è a stabilità di a trasmissione di u signale.
U cristallu di zaffiro hè cunsideratu u "cumpagnu perfettu" per GaN. Ancu s'è a so discrepanza di reticolo cù GaN hè più alta di quella di u carburo di siliciu (SiC), i sustrati di zaffiro mostranu una discrepanza termica più bassa durante l'epitassia di GaN, furnendu una basa stabile per a crescita di GaN. Inoltre, l'eccellente conducibilità termica è a trasparenza ottica di u zaffiro facilitanu una dissipazione di u calore efficiente in i dispositivi GaN di alta putenza, assicurendu a stabilità operativa è un'efficienza ottimale di output luminoso. E so proprietà superiori di isolamentu elettricu minimizanu ulteriormente l'interferenza di u signale è a perdita di putenza. A cumminazione di zaffiro è GaN hà purtatu à u sviluppu di dispositivi ad alte prestazioni, cumpresi i LED basati nantu à GaN, chì dominanu i mercati di l'illuminazione è di i display - da e lampadine LED domestiche à i grandi schermi esterni - è ancu i diodi laser utilizati in e cumunicazioni ottiche è l'elaborazione laser di precisione.
A cialda di GaN nantu à zaffiro di XKH
Espansione di i limiti di l'applicazioni di semiconduttori
(1) U "Scudo" in l'applicazioni militari è aerospaziali
L'equipaggiamentu in applicazioni militari è aerospaziali funziona spessu in cundizioni estreme. In u spaziu, i veiculi spaziali sopportanu temperature vicine à u zeru assulutu, radiazioni cosmiche intense è e sfide di un ambiente di u vacuum. L'aerei militari, intantu, affrontanu temperature di superficie chì superanu i 1.000 °C per via di u riscaldamentu aerodinamicu durante u volu à alta velocità, accumpagnati da elevati carichi meccanichi è interferenze elettromagnetiche.
E proprietà uniche di u cristallu di zaffiro ne facenu un materiale ideale per i cumpunenti critichi in questi campi. A so resistenza eccezziunale à e alte temperature - finu à 2.045 °C mantenendu l'integrità strutturale - garantisce prestazioni affidabili sottu stress termicu. A so durezza à a radiazione preserva ancu a funzionalità in ambienti cosmici è nucleari, pruteggendu efficacemente l'elettronica sensibile. Quessi attributi anu purtatu à l'usu diffusu di u zaffiro in finestre infrarosse (IR) à alta temperatura. In i sistemi di guida missilistica, e finestre IR devenu mantene a chiarezza ottica sottu calore è velocità estremi per assicurà una rilevazione precisa di u bersagliu. E finestre IR à basa di zaffiro combinanu un'alta stabilità termica cù una trasmittanza IR superiore, migliorandu significativamente a precisione di guida. In l'aerospaziale, u zaffiro prutege i sistemi ottici satellitari, permettendu immagini chiare in cundizioni orbitali difficili.
XKH'sfinestre ottiche in zaffiro
(2) A Nova Fundazione per i Superconduttori è a Microelettronica
In a superconduttività, u zaffiro serve cum'è un substratu indispensabile per i filmi sottili superconduttori, chì permettenu a conduzione à resistenza zero, rivoluzionendu a trasmissione di putenza, i treni maglev è i sistemi MRI. I filmi superconduttori ad alte prestazioni richiedenu substrati cù strutture reticolate stabili, è a compatibilità di u zaffiro cù materiali cum'è u diboruru di magnesiu (MgB₂) permette a crescita di filmi cù una densità di corrente critica è un campu magneticu criticu migliorati. Per esempiu, i cavi di alimentazione chì utilizanu filmi superconduttori supportati da zaffiro miglioranu dramaticamente l'efficienza di trasmissione minimizendu a perdita di energia.
In a microelettronica, i substrati di zaffiro cù orientazioni cristallografiche specifiche - cum'è u pianu R (<1-102>) è u pianu A (<11-20>) - permettenu strati epitassiali di siliciu persunalizati per circuiti integrati (IC) avanzati. U zaffiro di u pianu R riduce i difetti di cristallu in i CI à alta velocità, aumentendu a velocità operativa è a stabilità, mentre chì e proprietà isolanti è a permittività uniforme di u zaffiro di u pianu A ottimizzanu a microelettronica ibrida è l'integrazione di superconduttori à alta temperatura. Quessi substrati sustenenu i chip core in l'infrastrutture di calculu è telecomunicazioni à alte prestazioni.
XKHdiUnWafer lN-on-NPSS
U Futuru di u Cristallu di Zaffiru in i Semiconduttori
U zaffiro hà digià dimustratu un valore immensu in tutti i semiconduttori, da a fabricazione di chip à l'aerospaziale è i superconduttori. Cù l'avanzamentu di a tecnulugia, u so rolu si svilupperà ulteriormente. In l'intelligenza artificiale, i chip à bassa putenza è alte prestazioni supportati da u zaffiro guideranu i progressi di l'IA in l'assistenza sanitaria, i trasporti è a finanza. In l'informatica quantica, e proprietà di i materiali di u zaffiro u posizionanu cum'è un candidatu promettente per l'integrazione di qubit. Intantu, i dispositivi GaN-on-sapphire risponderanu à e crescenti richieste di hardware di cumunicazione 5G/6G. Andendu avanti, u zaffiro resterà una petra angulare di l'innuvazione di i semiconduttori, alimentendu u prugressu tecnologicu di l'umanità.
Wafer epitassiale GaN-on-zaffiro di XKH
XKH furnisce finestre ottiche in zaffiro cù precisione è suluzioni di wafer di GaN nantu à zaffiro per applicazioni d'avanguardia. Sfruttendu tecnulugie pruprietarie di crescita di cristalli è di lucidatura nanoscala, furnimu finestre in zaffiro ultrapiatte cù una trasmissione eccezziunale da spettri UV à IR, ideale per l'aerospaziale, a difesa è i sistemi laser d'alta putenza.
Data di publicazione: 18 d'aprile di u 2025