చిన్న నీలమణి, సెమీకండక్టర్ల "పెద్ద భవిష్యత్తు"కు మద్దతు ఇస్తుంది

రోజువారీ జీవితంలో, స్మార్ట్‌ఫోన్‌లు మరియు స్మార్ట్‌వాచ్‌లు వంటి ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు అనివార్య సహచరులుగా మారాయి. ఈ పరికరాలు మరింత సన్నగా మారుతున్నాయి, అయితే మరింత శక్తివంతంగా మారుతున్నాయి. వాటి నిరంతర పరిణామాన్ని ఏది సాధ్యం చేస్తుందో మీరు ఎప్పుడైనా ఆలోచించారా? సమాధానం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలలో ఉంది మరియు నేడు, వాటిలో అత్యంత విశిష్టమైన వాటిలో ఒకదానిపై దృష్టి పెడతాము - నీలమణి క్రిస్టల్.

ప్రధానంగా α-Al₂O₃తో కూడిన నీలమణి స్ఫటికం, మూడు ఆక్సిజన్ అణువులను మరియు రెండు అల్యూమినియం అణువులను సమయోజనీయంగా బంధించి, షట్కోణ జాలక నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఇది కనిపించే విధంగా రత్న-గ్రేడ్ నీలమణిని పోలి ఉన్నప్పటికీ, పారిశ్రామిక నీలమణి స్ఫటికాలు అత్యుత్తమ పనితీరును నొక్కి చెబుతాయి. రసాయనికంగా జడమైన, ఇది నీటిలో కరగదు మరియు ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలకు నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది, కఠినమైన వాతావరణాలలో స్థిరత్వాన్ని కొనసాగించే "రసాయన కవచం"గా పనిచేస్తుంది. అదనంగా, ఇది అద్భుతమైన ఆప్టికల్ పారదర్శకతను ప్రదర్శిస్తుంది, సమర్థవంతమైన కాంతి ప్రసారాన్ని అనుమతిస్తుంది; బలమైన ఉష్ణ వాహకత, వేడెక్కడాన్ని నివారిస్తుంది; మరియు అత్యుత్తమ విద్యుత్ ఇన్సులేషన్, లీకేజ్ లేకుండా స్థిరమైన సిగ్నల్ ప్రసారాన్ని నిర్ధారిస్తుంది. యాంత్రికంగా, నీలమణి 9 మోహ్స్ కాఠిన్యం కలిగి ఉంది, ఇది వజ్రం తర్వాత రెండవది, ఇది అధిక దుస్తులు మరియు కోతకు నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది - డిమాండ్ ఉన్న అనువర్తనాలకు అనువైనది.

చిప్ తయారీలో రహస్య ఆయుధం

(1) తక్కువ-శక్తి చిప్‌ల కోసం కీలక పదార్థం

ఎలక్ట్రానిక్స్ సూక్ష్మీకరణ మరియు అధిక పనితీరు వైపు మొగ్గు చూపుతున్నందున, తక్కువ-శక్తి చిప్‌లు కీలకంగా మారాయి. సాంప్రదాయ చిప్‌లు నానోస్కేల్ మందం వద్ద ఇన్సులేషన్ క్షీణతకు గురవుతాయి, దీని వలన కరెంట్ లీకేజీ, పెరిగిన విద్యుత్ వినియోగం మరియు వేడెక్కడం జరుగుతుంది, ఇది స్థిరత్వం మరియు జీవితకాలంపై రాజీ పడుతోంది.

షాంఘై ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ మైక్రోసిస్టమ్ అండ్ ఇన్ఫర్మేషన్ టెక్నాలజీ (SIMIT), చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ పరిశోధకులు, మెటల్-ఇంటర్కలేటెడ్ ఆక్సీకరణ సాంకేతికతను ఉపయోగించి కృత్రిమ నీలమణి డైఎలెక్ట్రిక్ వేఫర్‌లను అభివృద్ధి చేశారు, ఇది సింగిల్-క్రిస్టల్ అల్యూమినియంను సింగిల్-క్రిస్టల్ అల్యూమినా (నీలమణి)గా మారుస్తుంది. 1 nm మందం వద్ద, ఈ పదార్థం అల్ట్రా-తక్కువ లీకేజ్ కరెంట్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది, స్టేట్ డెన్సిటీ తగ్గింపులో రెండు ఆర్డర్‌ల పరిమాణంలో సాంప్రదాయ అమోర్ఫస్ డైఎలెక్ట్రిక్‌లను అధిగమిస్తుంది మరియు 2D సెమీకండక్టర్‌లతో ఇంటర్‌ఫేస్ నాణ్యతను మెరుగుపరుస్తుంది. దీనిని 2D మెటీరియల్‌లతో అనుసంధానించడం వలన తక్కువ-పవర్ చిప్‌లు ప్రారంభమవుతాయి, స్మార్ట్‌ఫోన్‌లలో బ్యాటరీ జీవితాన్ని గణనీయంగా పొడిగిస్తాయి మరియు AI మరియు IoT అప్లికేషన్‌లలో స్థిరత్వాన్ని పెంచుతాయి.

(2) గాలియం నైట్రైడ్ (GaN) కి సరైన భాగస్వామి

సెమీకండక్టర్ రంగంలో, గాలియం నైట్రైడ్ (GaN) దాని ప్రత్యేక ప్రయోజనాల కారణంగా ఒక ప్రకాశవంతమైన నక్షత్రంగా ఉద్భవించింది. 3.4 eV బ్యాండ్‌గ్యాప్‌తో కూడిన వైడ్-బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పదార్థంగా - సిలికాన్ యొక్క 1.1 eV కంటే గణనీయంగా పెద్దది - GaN అధిక-ఉష్ణోగ్రత, అధిక-వోల్టేజ్ మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాల్లో రాణిస్తుంది. దీని అధిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ మరియు క్లిష్టమైన బ్రేక్‌డౌన్ ఫీల్డ్ బలం దీనిని అధిక-శక్తి, అధిక-ఉష్ణోగ్రత, అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు అధిక-ప్రకాశం ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు ఆదర్శవంతమైన పదార్థంగా చేస్తాయి. పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో, GaN-ఆధారిత పరికరాలు తక్కువ శక్తి వినియోగంతో అధిక పౌనఃపున్యాల వద్ద పనిచేస్తాయి, విద్యుత్ మార్పిడి మరియు శక్తి నిర్వహణలో అత్యుత్తమ పనితీరును అందిస్తాయి. మైక్రోవేవ్ కమ్యూనికేషన్‌లలో, GaN 5G పవర్ యాంప్లిఫైయర్‌ల వంటి అధిక-శక్తి, అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ భాగాలను అనుమతిస్తుంది, సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ నాణ్యత మరియు స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

GaN కి నీలమణి క్రిస్టల్ "పరిపూర్ణ భాగస్వామి"గా పరిగణించబడుతుంది. GaN తో దాని లాటిస్ అసమతుల్యత సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, నీలమణి ఉపరితలాలు GaN ఎపిటాక్సీ సమయంలో తక్కువ ఉష్ణ అసమతుల్యతను ప్రదర్శిస్తాయి, GaN వృద్ధికి స్థిరమైన పునాదిని అందిస్తాయి. అదనంగా, నీలమణి యొక్క అద్భుతమైన ఉష్ణ వాహకత మరియు ఆప్టికల్ పారదర్శకత అధిక-శక్తి GaN పరికరాల్లో సమర్థవంతమైన ఉష్ణ వెదజల్లడాన్ని సులభతరం చేస్తాయి, కార్యాచరణ స్థిరత్వం మరియు సరైన కాంతి అవుట్‌పుట్ సామర్థ్యాన్ని నిర్ధారిస్తాయి. దీని ఉన్నతమైన విద్యుత్ ఇన్సులేషన్ లక్షణాలు సిగ్నల్ జోక్యం మరియు విద్యుత్ నష్టాన్ని మరింత తగ్గిస్తాయి. నీలమణి మరియు GaN కలయిక అధిక-పనితీరు పరికరాల అభివృద్ధికి దారితీసింది, వీటిలో GaN-ఆధారిత LEDలు ఉన్నాయి, ఇవి లైటింగ్ మరియు డిస్ప్లే మార్కెట్లలో ఆధిపత్యం చెలాయిస్తాయి - గృహ LED బల్బుల నుండి పెద్ద బహిరంగ తెరల వరకు - అలాగే ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్స్ మరియు ప్రెసిషన్ లేజర్ ప్రాసెసింగ్‌లో ఉపయోగించే లేజర్ డయోడ్‌లు ఉన్నాయి.

XKH యొక్క GaN-ఆన్-సఫైర్ వేఫర్

సెమీకండక్టర్ అప్లికేషన్ల సరిహద్దులను విస్తరించడం

(1) సైనిక మరియు అంతరిక్ష అనువర్తనాల్లో "షీల్డ్"

సైనిక మరియు అంతరిక్ష అనువర్తనాల్లో పరికరాలు తరచుగా తీవ్రమైన పరిస్థితులలో పనిచేస్తాయి. అంతరిక్షంలో, అంతరిక్ష నౌకలు దాదాపు-సున్నా ఉష్ణోగ్రతలు, తీవ్రమైన కాస్మిక్ రేడియేషన్ మరియు వాక్యూమ్ వాతావరణం యొక్క సవాళ్లను భరిస్తాయి. అదే సమయంలో, సైనిక విమానాలు అధిక-వేగ విమానాల సమయంలో ఏరోడైనమిక్ తాపన, అధిక యాంత్రిక లోడ్లు మరియు విద్యుదయస్కాంత జోక్యం కారణంగా 1,000°C కంటే ఎక్కువ ఉపరితల ఉష్ణోగ్రతలను ఎదుర్కొంటాయి.

నీలమణి క్రిస్టల్ యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలు ఈ రంగాలలోని కీలకమైన భాగాలకు అనువైన పదార్థంగా చేస్తాయి. దీని అసాధారణమైన అధిక-ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత - 2,045°C వరకు తట్టుకుని నిర్మాణ సమగ్రతను కాపాడుతుంది - ఉష్ణ ఒత్తిడిలో నమ్మదగిన పనితీరును నిర్ధారిస్తుంది. దీని రేడియేషన్ కాఠిన్యం విశ్వ మరియు అణు వాతావరణాలలో కార్యాచరణను కూడా సంరక్షిస్తుంది, సున్నితమైన ఎలక్ట్రానిక్‌లను సమర్థవంతంగా రక్షిస్తుంది. ఈ లక్షణాలు అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరారుణ (IR) విండోలలో నీలమణిని విస్తృతంగా ఉపయోగించటానికి దారితీశాయి. క్షిపణి మార్గదర్శక వ్యవస్థలలో, ఖచ్చితమైన లక్ష్య గుర్తింపును నిర్ధారించడానికి IR విండోలు తీవ్ర వేడి మరియు వేగం కింద ఆప్టికల్ స్పష్టతను నిర్వహించాలి. నీలమణి ఆధారిత IR విండోలు అధిక ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని ఉన్నతమైన IR ట్రాన్స్‌మిటెన్స్‌తో మిళితం చేస్తాయి, మార్గదర్శక ఖచ్చితత్వాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తాయి. ఏరోస్పేస్‌లో, నీలమణి ఉపగ్రహ ఆప్టికల్ వ్యవస్థలను రక్షిస్తుంది, కఠినమైన కక్ష్య పరిస్థితులలో స్పష్టమైన ఇమేజింగ్‌ను అనుమతిస్తుంది.

XKHలునీలమణి ఆప్టికల్ విండోస్

(2) సూపర్ కండక్టర్లు మరియు మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం కొత్త పునాది

సూపర్ కండక్టివిటీలో, నీలమణి సూపర్ కండక్టింగ్ సన్నని ఫిల్మ్‌లకు ఒక అనివార్యమైన ఉపరితలంగా పనిచేస్తుంది, ఇది సున్నా-నిరోధక ప్రసరణను - విప్లవాత్మక విద్యుత్ ప్రసారం, మాగ్లెవ్ రైళ్లు మరియు MRI వ్యవస్థలను అనుమతిస్తుంది. అధిక-పనితీరు గల సూపర్ కండక్టింగ్ ఫిల్మ్‌లకు స్థిరమైన లాటిస్ నిర్మాణాలతో సబ్‌స్ట్రేట్‌లు అవసరం మరియు మెగ్నీషియం డైబోరైడ్ (MgB₂) వంటి పదార్థాలతో నీలమణి అనుకూలత మెరుగైన క్రిటికల్ కరెంట్ సాంద్రత మరియు క్రిటికల్ అయస్కాంత క్షేత్రంతో ఫిల్మ్‌ల పెరుగుదలను అనుమతిస్తుంది. ఉదాహరణకు, నీలమణి-మద్దతు గల సూపర్ కండక్టింగ్ ఫిల్మ్‌లను ఉపయోగించే పవర్ కేబుల్‌లు శక్తి నష్టాన్ని తగ్గించడం ద్వారా ప్రసార సామర్థ్యాన్ని నాటకీయంగా మెరుగుపరుస్తాయి.

మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్‌లో, R-ప్లేన్ (<1-102>) మరియు A-ప్లేన్ (<11-20>) వంటి నిర్దిష్ట క్రిస్టల్లోగ్రాఫిక్ ధోరణులతో కూడిన నీలమణి ఉపరితలాలు అధునాతన ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌ల (ICలు) కోసం టైలర్డ్ సిలికాన్ ఎపిటాక్సియల్ పొరలను అనుమతిస్తాయి. R-ప్లేన్ నీలమణి హై-స్పీడ్ ICలలో క్రిస్టల్ లోపాలను తగ్గిస్తుంది, కార్యాచరణ వేగం మరియు స్థిరత్వాన్ని పెంచుతుంది, అయితే A-ప్లేన్ నీలమణి యొక్క ఇన్సులేటింగ్ లక్షణాలు మరియు ఏకరీతి పర్మిటివిటీ హైబ్రిడ్ మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత సూపర్‌కండక్టర్ ఇంటిగ్రేషన్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేస్తాయి. ఈ ఉపరితలాలు అధిక-పనితీరు గల కంప్యూటింగ్ మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ మౌలిక సదుపాయాలలో కోర్ చిప్‌లను బలపరుస్తాయి.

ఎక్స్‌కెహెచ్యొక్కఅlN-ఆన్-NPSS వేఫర్

సెమీకండక్టర్లలో నీలమణి క్రిస్టల్ యొక్క భవిష్యత్తు

చిప్ తయారీ నుండి ఏరోస్పేస్ మరియు సూపర్ కండక్టర్ల వరకు సెమీకండక్టర్లలో నీలమణి ఇప్పటికే అపారమైన విలువను ప్రదర్శించింది. సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందుతున్న కొద్దీ, దాని పాత్ర మరింత విస్తరిస్తుంది. కృత్రిమ మేధస్సులో, నీలమణికి మద్దతు ఇచ్చే తక్కువ-శక్తి, అధిక-పనితీరు గల చిప్‌లు ఆరోగ్య సంరక్షణ, రవాణా మరియు ఆర్థిక రంగంలో AI పురోగతిని నడిపిస్తాయి. క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌లో, నీలమణి యొక్క పదార్థ లక్షణాలు దానిని క్విట్ ఇంటిగ్రేషన్ కోసం ఆశాజనక అభ్యర్థిగా ఉంచుతాయి. అదే సమయంలో, GaN-ఆన్-నీలమణి పరికరాలు 5G/6G కమ్యూనికేషన్ హార్డ్‌వేర్ కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్‌లను తీరుస్తాయి. ముందుకు సాగుతున్నప్పుడు, నీలమణి సెమీకండక్టర్ ఆవిష్కరణకు మూలస్తంభంగా ఉంటుంది, ఇది మానవాళి యొక్క సాంకేతిక పురోగతికి శక్తినిస్తుంది.

XKH యొక్క GaN-ఆన్-సఫైర్ ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్

XKH అత్యాధునిక అప్లికేషన్ల కోసం ప్రెసిషన్-ఇంజనీరింగ్ నీలమణి ఆప్టికల్ విండోలు మరియు GaN-ఆన్-నీలమణి వేఫర్ సొల్యూషన్‌లను అందిస్తుంది. యాజమాన్య క్రిస్టల్ పెరుగుదల మరియు నానోస్కేల్ పాలిషింగ్ టెక్నాలజీలను ఉపయోగించుకుని, మేము UV నుండి IR స్పెక్ట్రాకు అసాధారణమైన ట్రాన్స్‌మిషన్‌తో అల్ట్రా-ఫ్లాట్ నీలమణి విండోలను అందిస్తాము, ఇది ఏరోస్పేస్, రక్షణ మరియు అధిక-శక్తి లేజర్ వ్యవస్థలకు అనువైనది.