टिनी सैफायर, सेमीकंडक्टर्स के "बड़े भविष्य" का समर्थन कर रहा है

दैनिक जीवन में, स्मार्टफोन और स्मार्टवॉच जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अपरिहार्य साथी बन गए हैं। ये उपकरण तेजी से पतले होते जा रहे हैं, लेकिन अधिक शक्तिशाली होते जा रहे हैं। क्या आपने कभी सोचा है कि उनके निरंतर विकास को क्या सक्षम बनाता है? इसका उत्तर अर्धचालक सामग्रियों में निहित है, और आज, हम उनमें से सबसे उत्कृष्ट में से एक पर ध्यान केंद्रित करते हैं - नीलम क्रिस्टल।

नीलम क्रिस्टल, मुख्य रूप से α-Al₂O₃ से बना होता है, जिसमें तीन ऑक्सीजन परमाणु और दो एल्युमीनियम परमाणु सहसंयोजक रूप से बंधे होते हैं, जो एक षट्कोणीय जाली संरचना बनाते हैं। जबकि यह दिखने में रत्न-ग्रेड नीलम जैसा दिखता है, औद्योगिक नीलम क्रिस्टल बेहतर प्रदर्शन पर जोर देते हैं। रासायनिक रूप से निष्क्रिय, यह पानी में अघुलनशील है और एसिड और क्षार के लिए प्रतिरोधी है, एक "रासायनिक ढाल" के रूप में कार्य करता है जो कठोर वातावरण में स्थिरता बनाए रखता है। इसके अतिरिक्त, यह उत्कृष्ट ऑप्टिकल पारदर्शिता प्रदर्शित करता है, जिससे कुशल प्रकाश संचरण की अनुमति मिलती है; मजबूत तापीय चालकता, अधिक गर्मी को रोकती है; और उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन, रिसाव के बिना स्थिर सिग्नल ट्रांसमिशन सुनिश्चित करता है। यांत्रिक रूप से, नीलम में 9 की मोह कठोरता होती है, जो हीरे के बाद दूसरे स्थान पर है, जो इसे अत्यधिक पहनने- और क्षरण-प्रतिरोधी बनाता है - मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श।

चिप निर्माण में गुप्त हथियार

(1) कम-शक्ति चिप्स के लिए मुख्य सामग्री

इलेक्ट्रॉनिक्स के लघुकरण और उच्च प्रदर्शन की ओर बढ़ने के साथ, कम-शक्ति वाले चिप्स महत्वपूर्ण हो गए हैं। पारंपरिक चिप्स नैनोस्केल मोटाई पर इन्सुलेशन गिरावट से ग्रस्त हैं, जिससे करंट लीकेज, बिजली की खपत में वृद्धि और ओवरहीटिंग होती है, जो स्थिरता और जीवनकाल से समझौता करती है।

शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ माइक्रोसिस्टम एंड इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजी (SIMIT), चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के शोधकर्ताओं ने मेटल-इंटरकलेटेड ऑक्सीकरण तकनीक का उपयोग करके कृत्रिम नीलम डाइइलेक्ट्रिक वेफर्स विकसित किए हैं, जो सिंगल-क्रिस्टल एल्युमिनियम को सिंगल-क्रिस्टल एल्युमिना (नीलम) में परिवर्तित करते हैं। 1 एनएम मोटाई पर, यह सामग्री अल्ट्रा-लो लीकेज करंट प्रदर्शित करती है, जो पारंपरिक अनाकार डाइइलेक्ट्रिक्स से दो गुना अधिक स्टेट डेंसिटी रिडक्शन और 2D सेमीकंडक्टर के साथ इंटरफेस क्वालिटी में सुधार करती है। इसे 2D सामग्रियों के साथ एकीकृत करने से कम-पावर चिप्स सक्षम होते हैं, जो स्मार्टफोन में बैटरी लाइफ को काफी बढ़ाते हैं और AI और IoT अनुप्रयोगों में स्थिरता बढ़ाते हैं।

(2) गैलियम नाइट्राइड (GaN) के लिए आदर्श साथी

सेमीकंडक्टर क्षेत्र में, गैलियम नाइट्राइड (GaN) अपने अनूठे फायदों के कारण एक चमकते सितारे के रूप में उभरा है। 3.4 eV के बैंडगैप के साथ एक वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में - सिलिकॉन के 1.1 eV से काफी बड़ा - GaN उच्च तापमान, उच्च वोल्टेज और उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में उत्कृष्ट है। इसकी उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और महत्वपूर्ण ब्रेकडाउन फ़ील्ड ताकत इसे उच्च-शक्ति, उच्च तापमान, उच्च आवृत्ति और उच्च चमक वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए एक आदर्श सामग्री बनाती है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में, GaN-आधारित डिवाइस कम ऊर्जा खपत के साथ उच्च आवृत्तियों पर काम करते हैं, जो बिजली रूपांतरण और ऊर्जा प्रबंधन में बेहतर प्रदर्शन प्रदान करते हैं। माइक्रोवेव संचार में, GaN 5G पावर एम्पलीफायरों जैसे उच्च-शक्ति, उच्च आवृत्ति घटकों को सक्षम करता है, जिससे सिग्नल ट्रांसमिशन गुणवत्ता और स्थिरता में वृद्धि होती है।

नीलम क्रिस्टल को GaN के लिए "परफेक्ट पार्टनर" माना जाता है। हालाँकि GaN के साथ इसकी जाली बेमेल सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) की तुलना में अधिक है, नीलम सब्सट्रेट GaN एपिटेक्सी के दौरान कम थर्मल बेमेल प्रदर्शित करते हैं, जो GaN विकास के लिए एक स्थिर आधार प्रदान करता है। इसके अतिरिक्त, नीलम की उत्कृष्ट तापीय चालकता और ऑप्टिकल पारदर्शिता उच्च-शक्ति GaN उपकरणों में कुशल गर्मी अपव्यय की सुविधा प्रदान करती है, जिससे परिचालन स्थिरता और इष्टतम प्रकाश आउटपुट दक्षता सुनिश्चित होती है। इसके बेहतर विद्युत इन्सुलेशन गुण सिग्नल हस्तक्षेप और बिजली की हानि को और कम करते हैं। नीलम और GaN के संयोजन ने उच्च-प्रदर्शन उपकरणों के विकास को जन्म दिया है, जिसमें GaN-आधारित LED शामिल हैं, जो प्रकाश और डिस्प्ले बाज़ारों पर हावी हैं - घरेलू LED बल्बों से लेकर बड़ी आउटडोर स्क्रीन तक - साथ ही ऑप्टिकल संचार और सटीक लेजर प्रसंस्करण में उपयोग किए जाने वाले लेजर डायोड।

XKH का GaN-ऑन-सफायर वेफर

सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगों की सीमाओं का विस्तार

(1) सैन्य और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में “शील्ड”

सैन्य और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में उपकरण अक्सर चरम स्थितियों में काम करते हैं। अंतरिक्ष में, अंतरिक्ष यान लगभग शून्य तापमान, तीव्र ब्रह्मांडीय विकिरण और निर्वात वातावरण की चुनौतियों का सामना करते हैं। इस बीच, सैन्य विमान उच्च गति की उड़ान के दौरान वायुगतिकीय तापन, उच्च यांत्रिक भार और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के कारण 1,000 डिग्री सेल्सियस से अधिक सतह के तापमान का सामना करते हैं।

नीलम क्रिस्टल के अद्वितीय गुण इसे इन क्षेत्रों में महत्वपूर्ण घटकों के लिए एक आदर्श सामग्री बनाते हैं। इसका असाधारण उच्च तापमान प्रतिरोध - संरचनात्मक अखंडता को बनाए रखते हुए 2,045 डिग्री सेल्सियस तक का सामना करना - थर्मल तनाव के तहत विश्वसनीय प्रदर्शन सुनिश्चित करता है। इसकी विकिरण कठोरता ब्रह्मांडीय और परमाणु वातावरण में कार्यक्षमता को भी बनाए रखती है, संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को प्रभावी ढंग से परिरक्षित करती है। इन विशेषताओं के कारण नीलम का उच्च तापमान वाले इन्फ्रारेड (IR) विंडो में व्यापक उपयोग हुआ है। मिसाइल मार्गदर्शन प्रणालियों में, IR विंडो को सटीक लक्ष्य पहचान सुनिश्चित करने के लिए अत्यधिक गर्मी और वेग के तहत ऑप्टिकल स्पष्टता बनाए रखनी चाहिए। नीलम-आधारित IR विंडो उच्च थर्मल स्थिरता को बेहतर IR संप्रेषण के साथ जोड़ती हैं, जो मार्गदर्शन सटीकता में काफी सुधार करती हैं। एयरोस्पेस में, नीलम उपग्रह ऑप्टिकल सिस्टम की सुरक्षा करता है, जिससे कठोर कक्षीय स्थितियों में स्पष्ट इमेजिंग संभव होती है।

XKH कानीलम ऑप्टिकल विंडो

(2) सुपरकंडक्टर और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए नया आधार

सुपरकंडक्टिविटी में, नीलम सुपरकंडक्टिंग पतली फिल्मों के लिए एक अपरिहार्य सब्सट्रेट के रूप में कार्य करता है, जो शून्य-प्रतिरोध चालन को सक्षम बनाता है - बिजली संचरण, मैग्लेव ट्रेन और एमआरआई सिस्टम में क्रांतिकारी बदलाव। उच्च-प्रदर्शन सुपरकंडक्टिंग फिल्मों को स्थिर जाली संरचनाओं वाले सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है, और मैग्नीशियम डाइबोराइड (MgB₂) जैसी सामग्रियों के साथ नीलम की संगतता बढ़ी हुई महत्वपूर्ण वर्तमान घनत्व और महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र वाली फिल्मों के विकास की अनुमति देती है। उदाहरण के लिए, नीलम-समर्थित सुपरकंडक्टिंग फिल्मों का उपयोग करने वाले पावर केबल ऊर्जा हानि को कम करके नाटकीय रूप से संचरण दक्षता में सुधार करते हैं।

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में, विशिष्ट क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास वाले नीलम सब्सट्रेट - जैसे कि आर-प्लेन (<1-102>) और ए-प्लेन (<11-20>) - उन्नत एकीकृत सर्किट (आईसी) के लिए सिलिकन एपिटैक्सियल परतों को सक्षम करते हैं। आर-प्लेन नीलम उच्च गति वाले आईसी में क्रिस्टल दोषों को कम करता है, परिचालन गति और स्थिरता को बढ़ाता है, जबकि ए-प्लेन नीलम के इन्सुलेटिंग गुण और समान परमिटिटिविटी हाइब्रिड माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर एकीकरण को अनुकूलित करते हैं। ये सब्सट्रेट उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग और दूरसंचार बुनियादी ढांचे में कोर चिप्स को आधार प्रदान करते हैं।

एक्सकेएच'एसएlN-ऑन-एनपीएसएस वेफर

अर्धचालकों में नीलम क्रिस्टल का भविष्य

चिप निर्माण से लेकर एयरोस्पेस और सुपरकंडक्टर तक, सैफायर ने सेमीकंडक्टर में पहले ही अपार मूल्य प्रदर्शित किया है। जैसे-जैसे तकनीक आगे बढ़ेगी, इसकी भूमिका और भी बढ़ेगी। कृत्रिम बुद्धिमत्ता में, सैफायर-समर्थित कम-शक्ति, उच्च-प्रदर्शन चिप्स स्वास्थ्य सेवा, परिवहन और वित्त में एआई उन्नति को आगे बढ़ाएंगे। क्वांटम कंप्यूटिंग में, सैफायर के भौतिक गुण इसे क्यूबिट एकीकरण के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार के रूप में स्थान देते हैं। इस बीच, GaN-on-sapphire डिवाइस 5G/6G संचार हार्डवेयर की बढ़ती मांगों को पूरा करेंगे। आगे बढ़ते हुए, सैफायर सेमीकंडक्टर नवाचार की आधारशिला बना रहेगा, जो मानवता की तकनीकी प्रगति को शक्ति प्रदान करेगा।

XKH का GaN-ऑन-सफायर एपिटैक्सियल वेफर

XKH अत्याधुनिक अनुप्रयोगों के लिए सटीक रूप से इंजीनियर किए गए नीलम ऑप्टिकल विंडो और GaN-on-sapphire वेफर समाधान प्रदान करता है। मालिकाना क्रिस्टल विकास और नैनोस्केल पॉलिशिंग तकनीकों का लाभ उठाते हुए, हम UV से IR स्पेक्ट्रा तक असाधारण संचरण के साथ अल्ट्रा-फ्लैट नीलम विंडो प्रदान करते हैं, जो एयरोस्पेस, रक्षा और उच्च-शक्ति लेजर सिस्टम के लिए आदर्श हैं।