दैनंदिन जीवनात, स्मार्टफोन आणि स्मार्टवॉच सारखी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे अपरिहार्य साथीदार बनली आहेत. ही उपकरणे अधिकाधिक बारीक होत चालली आहेत पण अधिक शक्तिशाली होत आहेत. तुम्ही कधी विचार केला आहे का की त्यांच्या सतत उत्क्रांतीला काय सक्षम करते? याचे उत्तर अर्धवाहक पदार्थांमध्ये आहे आणि आज आपण त्यापैकी सर्वात उत्कृष्ट असलेल्यांपैकी एकावर लक्ष केंद्रित करू - नीलम क्रिस्टल.
नीलम क्रिस्टल, प्रामुख्याने α-Al₂O₃ ने बनलेला आहे, त्यात तीन ऑक्सिजन अणू आणि दोन अॅल्युमिनियम अणू असतात जे सहसंयोजकपणे जोडलेले असतात, ज्यामुळे षटकोनी जाळीची रचना तयार होते. ते दिसायला रत्न-दर्जाच्या नीलमणीसारखे दिसते, परंतु औद्योगिक नीलम क्रिस्टल्स उत्कृष्ट कामगिरीवर भर देतात. रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय, ते पाण्यात अघुलनशील आहे आणि आम्ल आणि क्षारांना प्रतिरोधक आहे, कठोर वातावरणात स्थिरता राखणारी "रासायनिक ढाल" म्हणून काम करते. याव्यतिरिक्त, ते उत्कृष्ट ऑप्टिकल पारदर्शकता प्रदर्शित करते, कार्यक्षम प्रकाश प्रसारण करण्यास परवानगी देते; मजबूत थर्मल चालकता, जास्त गरम होण्यापासून प्रतिबंधित करते; आणि उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन, गळतीशिवाय स्थिर सिग्नल ट्रान्समिशन सुनिश्चित करते. यांत्रिकदृष्ट्या, नीलमणीमध्ये 9 ची मोह्स कडकपणा आहे, जी हिऱ्यानंतर दुसऱ्या क्रमांकावर आहे, ज्यामुळे ते अत्यंत झीज आणि क्षरण-प्रतिरोधक बनते - मागणी असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी आदर्श.
चिप उत्पादनातील गुप्त शस्त्र
(१) कमी-शक्तीच्या चिप्ससाठी मुख्य साहित्य
इलेक्ट्रॉनिक्सचा कल लघुकरण आणि उच्च कार्यक्षमतेकडे वाढत असताना, कमी-शक्तीच्या चिप्स गंभीर बनल्या आहेत. पारंपारिक चिप्स नॅनोस्केल जाडीवर इन्सुलेशन डिग्रेडेशनचा सामना करतात, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह गळती, वाढत्या वीज वापर आणि जास्त गरम होणे होते, ज्यामुळे स्थिरता आणि आयुष्यमान धोक्यात येते.
शांघाय इन्स्टिट्यूट ऑफ मायक्रोसिस्टम अँड इन्फॉर्मेशन टेक्नॉलॉजी (SIMIT), चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस येथील संशोधकांनी मेटल-इंटरकॅलेटेड ऑक्सिडेशन तंत्रज्ञानाचा वापर करून कृत्रिम नीलम डायलेक्ट्रिक वेफर्स विकसित केले, जे सिंगल-क्रिस्टल अॅल्युमिनियमचे सिंगल-क्रिस्टल अॅल्युमिना (नीलमणी) मध्ये रूपांतर करतात. 1 nm जाडीवर, हे मटेरियल अल्ट्रा-लो लीकेज करंट प्रदर्शित करते, स्टेट डेन्सिटी रिडक्शनमध्ये पारंपारिक अमॉर्फस डायलेक्ट्रिक्सना दोन क्रमांनी मागे टाकते आणि 2D सेमीकंडक्टरसह इंटरफेस गुणवत्ता सुधारते. हे 2D मटेरियलसह एकत्रित केल्याने कमी-पॉवर चिप्स सक्षम होतात, स्मार्टफोनमध्ये बॅटरीचे आयुष्य लक्षणीयरीत्या वाढते आणि AI आणि IoT अनुप्रयोगांमध्ये स्थिरता वाढते.
(२) गॅलियम नायट्राइड (GaN) साठी परिपूर्ण भागीदार
सेमीकंडक्टर क्षेत्रात, गॅलियम नायट्राइड (GaN) त्याच्या अद्वितीय फायद्यांमुळे एक चमकणारा तारा म्हणून उदयास आला आहे. 3.4 eV च्या बँडगॅपसह वाइड-बँडगॅप सेमीकंडक्टर मटेरियल म्हणून—सिलिकॉनच्या 1.1 eV पेक्षा लक्षणीयरीत्या मोठे—GaN उच्च-तापमान, उच्च-व्होल्टेज आणि उच्च-फ्रिक्वेन्सी अनुप्रयोगांमध्ये उत्कृष्ट आहे. त्याची उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता आणि गंभीर ब्रेकडाउन फील्ड स्ट्रेंथमुळे ते उच्च-शक्ती, उच्च-तापमान, उच्च-फ्रिक्वेन्सी आणि उच्च-ब्राइटनेस इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी एक आदर्श साहित्य बनते. पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये, GaN-आधारित उपकरणे कमी ऊर्जा वापरासह उच्च फ्रिक्वेन्सीवर कार्य करतात, पॉवर रूपांतरण आणि ऊर्जा व्यवस्थापनात उत्कृष्ट कामगिरी देतात. मायक्रोवेव्ह कम्युनिकेशन्समध्ये, GaN 5G पॉवर अॅम्प्लिफायर्ससारखे उच्च-शक्ती, उच्च-फ्रिक्वेन्सी घटक सक्षम करते, सिग्नल ट्रान्समिशन गुणवत्ता आणि स्थिरता वाढवते.
नीलम क्रिस्टलला GaN साठी "परिपूर्ण भागीदार" मानले जाते. जरी त्याची GaN शी जाळीची जुळवाजुळव सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पेक्षा जास्त असली तरी, नीलम सब्सट्रेट्स GaN एपिटॅक्सी दरम्यान कमी थर्मल जुळवणी दर्शवतात, ज्यामुळे GaN वाढीसाठी स्थिर पाया मिळतो. याव्यतिरिक्त, नीलमची उत्कृष्ट थर्मल चालकता आणि ऑप्टिकल पारदर्शकता उच्च-शक्तीच्या GaN उपकरणांमध्ये कार्यक्षम उष्णता नष्ट होण्यास मदत करते, ज्यामुळे ऑपरेशनल स्थिरता आणि इष्टतम प्रकाश आउटपुट कार्यक्षमता सुनिश्चित होते. त्याचे उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन गुणधर्म सिग्नल हस्तक्षेप आणि वीज नुकसान कमी करतात. नीलम आणि GaN च्या संयोजनामुळे उच्च-कार्यक्षमता उपकरणांचा विकास झाला आहे, ज्यामध्ये GaN-आधारित LEDs समाविष्ट आहेत, जे प्रकाश आणि प्रदर्शन बाजारपेठांमध्ये वर्चस्व गाजवतात - घरगुती LED बल्बपासून मोठ्या बाह्य स्क्रीनपर्यंत - तसेच ऑप्टिकल कम्युनिकेशन्स आणि अचूक लेसर प्रक्रियेत वापरले जाणारे लेसर डायोड.
XKH चे GaN-on-sapphire वेफर
सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगांच्या सीमांचा विस्तार करणे
(१) लष्करी आणि अवकाश अनुप्रयोगांमध्ये "ढाल"
लष्करी आणि अवकाश अनुप्रयोगांमधील उपकरणे अनेकदा अत्यंत कठीण परिस्थितीत काम करतात. अंतराळात, अंतराळयान जवळजवळ शून्य तापमान, तीव्र वैश्विक किरणोत्सर्ग आणि व्हॅक्यूम वातावरणाच्या आव्हानांना तोंड देतात. दरम्यान, लष्करी विमानांना उच्च-वेगवान उड्डाणादरम्यान वायुगतिकीय उष्णता, उच्च यांत्रिक भार आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेप यामुळे पृष्ठभागाचे तापमान 1,000°C पेक्षा जास्त असते.
नीलम क्रिस्टलच्या अद्वितीय गुणधर्मांमुळे ते या क्षेत्रातील महत्त्वाच्या घटकांसाठी एक आदर्श साहित्य बनते. त्याचा अपवादात्मक उच्च-तापमान प्रतिकार - संरचनात्मक अखंडता राखताना 2,045°C पर्यंत टिकून राहतो - थर्मल ताणाखाली विश्वसनीय कामगिरी सुनिश्चित करतो. त्याची रेडिएशन कडकपणा वैश्विक आणि आण्विक वातावरणात कार्यक्षमता देखील जपते, संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्सचे प्रभावीपणे संरक्षण करते. या गुणधर्मांमुळे उच्च-तापमान इन्फ्रारेड (IR) खिडक्यांमध्ये नीलमचा व्यापक वापर झाला आहे. क्षेपणास्त्र मार्गदर्शन प्रणालींमध्ये, अचूक लक्ष्य शोध सुनिश्चित करण्यासाठी IR खिडक्यांनी अत्यंत उष्णता आणि वेगाखाली ऑप्टिकल स्पष्टता राखली पाहिजे. नीलम-आधारित IR खिडक्या उच्च थर्मल स्थिरता उत्कृष्ट IR ट्रान्समिटन्ससह एकत्रित करतात, मार्गदर्शन अचूकतेत लक्षणीय सुधारणा करतात. एरोस्पेसमध्ये, नीलम उपग्रह ऑप्टिकल सिस्टमचे संरक्षण करते, कठोर कक्षीय परिस्थितीत स्पष्ट इमेजिंग सक्षम करते.
XKH चेनीलमणी ऑप्टिकल खिडक्या
(२) सुपरकंडक्टर्स आणि मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्ससाठी नवीन पाया
सुपरकंडक्टिव्हिटीमध्ये, नीलम पातळ फिल्म्स सुपरकंडक्टिंगसाठी एक अपरिहार्य सब्सट्रेट म्हणून काम करते, जे शून्य-प्रतिरोधक वाहकता सक्षम करते - क्रांतीकारी पॉवर ट्रान्समिशन, मॅग्लेव्ह ट्रेन्स आणि एमआरआय सिस्टम. उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या सुपरकंडक्टिंग फिल्म्सना स्थिर जाळीच्या रचनांसह सब्सट्रेटची आवश्यकता असते आणि मॅग्नेशियम डायबोराइड (MgB₂) सारख्या पदार्थांसह नीलमची सुसंगतता वाढलेल्या क्रिटिकल करंट घनता आणि क्रिटिकल मॅग्नेटिक फील्डसह फिल्म्सच्या वाढीस अनुमती देते. उदाहरणार्थ, नीलम-समर्थित सुपरकंडक्टिंग फिल्म्स वापरणाऱ्या पॉवर केबल्स उर्जेचे नुकसान कमी करून ट्रान्समिशन कार्यक्षमता नाटकीयरित्या सुधारतात.
मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्समध्ये, विशिष्ट क्रिस्टलोग्राफिक ओरिएंटेशन असलेले नीलमणी सब्सट्रेट्स - जसे की आर-प्लेन (<1-102>) आणि ए-प्लेन (<11-20>) - प्रगत एकात्मिक सर्किट्स (ICs) साठी तयार केलेले सिलिकॉन एपिटॅक्सियल लेयर्स सक्षम करतात. आर-प्लेन नीलमणी हाय-स्पीड आयसीमध्ये क्रिस्टल दोष कमी करते, ऑपरेशनल वेग आणि स्थिरता वाढवते, तर ए-प्लेन नीलमणी चे इन्सुलेट गुणधर्म आणि एकसमान परवानगी हायब्रिड मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर इंटिग्रेशनला अनुकूल करते. हे सब्सट्रेट्स उच्च-कार्यक्षमता संगणन आणि दूरसंचार पायाभूत सुविधांमध्ये कोर चिप्सला आधार देतात.
एक्सकेएचच्याअएनपीएसएस वर एलएन वेफर
सेमीकंडक्टर्समध्ये नीलम क्रिस्टलचे भविष्य
चिप फॅब्रिकेशनपासून ते एरोस्पेस आणि सुपरकंडक्टरपर्यंत, सेमीकंडक्टरमध्ये नीलमने आधीच प्रचंड मूल्य दाखवले आहे. तंत्रज्ञान जसजसे पुढे जाईल तसतसे त्याची भूमिका आणखी विस्तारेल. कृत्रिम बुद्धिमत्तेत, नीलम-समर्थित कमी-शक्ती, उच्च-कार्यक्षमता चिप्स आरोग्यसेवा, वाहतूक आणि वित्त क्षेत्रात एआय प्रगतीला चालना देतील. क्वांटम संगणनात, नीलमचे भौतिक गुणधर्म क्यूबिट एकत्रीकरणासाठी एक आशादायक उमेदवार म्हणून स्थान देतात. दरम्यान, GaN-ऑन-नीलम उपकरणे 5G/6G कम्युनिकेशन हार्डवेअरच्या वाढत्या मागण्या पूर्ण करतील. पुढे जाऊन, नीलम सेमीकंडक्टर नवोपक्रमाचा आधारस्तंभ राहील, जो मानवतेच्या तांत्रिक प्रगतीला बळ देईल.
XKH चे GaN-ऑन-सॅफायर एपिटॅक्सियल वेफर
XKH अत्याधुनिक अनुप्रयोगांसाठी अचूक-इंजिनिअर्ड नीलम ऑप्टिकल विंडो आणि GaN-ऑन-नीलम वेफर सोल्यूशन्स प्रदान करते. मालकीच्या क्रिस्टल ग्रोथ आणि नॅनोस्केल पॉलिशिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करून, आम्ही UV ते IR स्पेक्ट्रामध्ये अपवादात्मक ट्रान्समिशनसह अल्ट्रा-फ्लॅट नीलम विंडो प्रदान करतो, जे एरोस्पेस, संरक्षण आणि उच्च-शक्ती लेसर सिस्टमसाठी आदर्श आहे.
पोस्ट वेळ: एप्रिल-१८-२०२५