ເພັດພອຍນ້ອຍໆ, ສະໜັບສະໜູນ “ອະນາຄົດອັນໃຫຍ່ຫຼວງ” ຂອງອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ

ໃນຊີວິດປະຈຳວັນ, ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກເຊັ່ນ: ໂທລະສັບສະຫຼາດ ແລະ ໂມງອັດສະລິຍະ ໄດ້ກາຍເປັນເພື່ອນຮ່ວມທາງທີ່ຂາດບໍ່ໄດ້. ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ມີຮູບຮ່າງບາງລົງເລື້ອຍໆ ແຕ່ມີພະລັງຫຼາຍຂຶ້ນ. ເຄີຍສົງໄສບໍ່ວ່າສິ່ງໃດທີ່ເຮັດໃຫ້ພວກມັນມີວິວັດທະນາການຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ? ຄຳຕອບແມ່ນຢູ່ໃນວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳ, ແລະ ໃນມື້ນີ້, ພວກເຮົາສຸມໃສ່ໜຶ່ງໃນສິ່ງທີ່ໂດດເດັ່ນທີ່ສຸດໃນບັນດາສິ່ງເຫຼົ່ານັ້ນຄື ແກ້ວໄພລິນ.

ແກ້ວໄພລິນ, ປະກອບດ້ວຍ α-Al₂O₃, ປະກອບດ້ວຍອະຕອມອົກຊີເຈນສາມອະຕອມ ແລະ ອະຕອມອາລູມິນຽມສອງອະຕອມທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນເປັນໂຄວາເລນ, ປະກອບເປັນໂຄງສ້າງຮູບຫົກຫຼ່ຽມ. ໃນຂະນະທີ່ມັນມີລັກສະນະຄ້າຍຄືກັບແກ້ວໄພລິນຊັ້ນແກ້ວປະເສີດ, ແກ້ວໄພລິນອຸດສາຫະກຳເນັ້ນໃສ່ປະສິດທິພາບທີ່ດີກວ່າ. ບໍ່ມີຄວາມລະລາຍທາງເຄມີ, ມັນບໍ່ລະລາຍໃນນໍ້າ ແລະ ທົນທານຕໍ່ກົດ ແລະ ດ່າງ, ເຮັດໜ້າທີ່ເປັນ "ໄສ້ປ້ອງກັນທາງເຄມີ" ທີ່ຮັກສາຄວາມໝັ້ນຄົງໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ມັນສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມໂປ່ງໃສທາງແສງທີ່ດີເລີດ, ຊ່ວຍໃຫ້ການສົ່ງແສງມີປະສິດທິພາບ; ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນທີ່ເຂັ້ມແຂງ, ປ້ອງກັນຄວາມຮ້ອນເກີນໄປ; ແລະ ການສນວນໄຟຟ້າທີ່ໂດດເດັ່ນ, ຮັບປະກັນການສົ່ງສັນຍານທີ່ໝັ້ນຄົງໂດຍບໍ່ມີການຮົ່ວໄຫຼ. ທາງດ້ານກົນຈັກ, ແກ້ວໄພລິນມີຄວາມແຂງຂອງ Mohs 9, ເປັນອັນດັບສອງຮອງຈາກເພັດ, ເຮັດໃຫ້ມັນທົນທານຕໍ່ການສວມໃສ່ ແລະ ການກັດເຊາະສູງ - ເໝາະສຳລັບການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການຄວາມຕ້ອງການສູງ.

ອາວຸດລັບໃນການຜະລິດຊິບ

(1) ວັດສະດຸຫຼັກສຳລັບຊິບພະລັງງານຕ່ຳ

ໃນຂະນະທີ່ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະມີຂະໜາດນ້ອຍລົງ ແລະ ມີປະສິດທິພາບສູງ, ຊິບທີ່ໃຊ້ພະລັງງານຕ່ຳໄດ້ກາຍເປັນສິ່ງສຳຄັນ. ຊິບແບບດັ້ງເດີມໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກການເສື່ອມສະພາບຂອງວັດສະດຸກັນຄວາມຮ້ອນໃນລະດັບນາໂນ, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ການຮົ່ວໄຫຼຂອງກະແສໄຟຟ້າ, ການໃຊ້ພະລັງງານເພີ່ມຂຶ້ນ, ແລະ ຄວາມຮ້ອນເກີນໄປ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມໝັ້ນຄົງ ແລະ ອາຍຸການໃຊ້ງານ.

ນັກຄົ້ນຄວ້າທີ່ສະຖາບັນເຕັກໂນໂລຊີຈຸລະພາກ ແລະ ຂໍ້ມູນຂ່າວສານຊຽງໄຮ (SIMIT), ສະພາວິທະຍາສາດຈີນ, ໄດ້ພັດທະນາແຜ່ນເວເຟີໄຟຟ້າ sapphire ທຽມໂດຍໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີການຜຸພັງທີ່ມີໂລຫະປະສົມ, ປ່ຽນອາລູມິນຽມຜລຶກດຽວໃຫ້ເປັນອະລູມິນາຜລຶກດຽວ (sapphire). ທີ່ຄວາມໜາ 1 nm, ວັດສະດຸນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນກະແສໄຟຟ້າຮົ່ວໄຫຼຕໍ່າຫຼາຍ, ມີປະສິດທິພາບດີກ່ວາໄດເອລິກອະຮູບຮ່າງທຳມະດາສອງລຳດັບຄວາມສຳຄັນໃນການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມໜາແໜ້ນຂອງສະຖານະ ແລະ ປັບປຸງຄຸນນະພາບການໂຕ້ຕອບກັບເຄິ່ງຕົວນຳ 2D. ການລວມເຂົ້າກັບວັດສະດຸ 2D ຊ່ວຍໃຫ້ຊິບພະລັງງານຕ່ຳ, ຍືດອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງແບັດເຕີຣີໃນໂທລະສັບສະຫຼາດໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແລະ ເພີ່ມຄວາມໝັ້ນຄົງໃນແອັບພລິເຄຊັນ AI ແລະ IoT.

(2) ຄູ່ຮ່ວມມືທີ່ສົມບູນແບບສຳລັບແກລຽມໄນໄຕຣດ (GaN)

ໃນຂົງເຂດເຄິ່ງຕົວນຳ, ກາລຽມໄນໄຕຣດ (GaN) ໄດ້ກາຍເປັນດາວທີ່ສ່ອງແສງຍ້ອນຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງມັນ. ໃນຖານະທີ່ເປັນວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີແບນວິດກວ້າງທີ່ມີແບນວິດ 3.4 eV—ໃຫຍ່ກວ່າຊິລິໂຄນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ 1.1 eV—GaN ມີຄວາມໂດດເດັ່ນໃນການນຳໃຊ້ທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ, ແຮງດັນສູງ, ແລະຄວາມຖີ່ສູງ. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນທີ່ສູງ ແລະ ຄວາມແຮງຂອງສະໜາມແຍກສ່ວນທີ່ສຳຄັນເຮັດໃຫ້ມັນເປັນວັດສະດຸທີ່ເໝາະສົມສຳລັບອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານສູງ, ອຸນຫະພູມສູງ, ຄວາມຖີ່ສູງ, ແລະ ຄວາມສະຫວ່າງສູງ. ໃນເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານ, ອຸປະກອນທີ່ອີງໃສ່ GaN ເຮັດວຽກຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ສູງດ້ວຍການໃຊ້ພະລັງງານຕ່ຳ, ສະເໜີປະສິດທິພາບທີ່ດີກວ່າໃນການປ່ຽນແປງພະລັງງານ ແລະ ການຄຸ້ມຄອງພະລັງງານ. ໃນການສື່ສານໄມໂຄເວຟ, GaN ຊ່ວຍໃຫ້ອົງປະກອບທີ່ມີພະລັງງານສູງ, ຄວາມຖີ່ສູງເຊັ່ນ: ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສັນຍານພະລັງງານ 5G, ເສີມຂະຫຍາຍຄຸນນະພາບ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງການສົ່ງສັນຍານ.

ແກ້ວປະເສີດ Sapphire ຖືກຖືວ່າເປັນ "ຄູ່ຮ່ວມງານທີ່ສົມບູນແບບ" ສຳລັບ GaN. ເຖິງແມ່ນວ່າຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງໂຄງສ້າງກັບ GaN ຈະສູງກວ່າຊິລິກອນຄາໄບ (SiC), ແຕ່ຊັ້ນໃຕ້ດິນ sapphire ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມບໍ່ກົງກັນທາງຄວາມຮ້ອນຕ່ຳໃນລະຫວ່າງການ epitaxy GaN, ເຊິ່ງເປັນພື້ນຖານທີ່ໝັ້ນຄົງສຳລັບການເຕີບໂຕຂອງ GaN. ນອກຈາກນັ້ນ, ການນຳຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດ ແລະ ຄວາມໂປ່ງໃສທາງດ້ານແສງຂອງ sapphire ຊ່ວຍໃນການລະບາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບໃນອຸປະກອນ GaN ພະລັງງານສູງ, ຮັບປະກັນຄວາມໝັ້ນຄົງໃນການປະຕິບັດງານ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງຜົນຜະລິດແສງທີ່ດີທີ່ສຸດ. ຄຸນສົມບັດການສນວນໄຟຟ້າທີ່ດີກວ່າຂອງມັນຍັງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການລົບກວນສັນຍານ ແລະ ການສູນເສຍພະລັງງານຕື່ມອີກ. ການລວມກັນຂອງ sapphire ແລະ GaN ໄດ້ນຳໄປສູ່ການພັດທະນາອຸປະກອນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ, ລວມທັງ LED ທີ່ອີງໃສ່ GaN, ເຊິ່ງຄອບງຳຕະຫຼາດໄຟສ່ອງສະຫວ່າງ ແລະ ຈໍສະແດງຜົນ - ຕັ້ງແຕ່ຫລອດໄຟ LED ໃນຄົວເຮືອນຈົນເຖິງໜ້າຈໍກາງແຈ້ງຂະໜາດໃຫຍ່ - ເຊັ່ນດຽວກັນກັບໄດໂອດເລເຊີທີ່ໃຊ້ໃນການສື່ສານທາງແສງ ແລະ ການປະມວນຜົນເລເຊີທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳ.

ເວເຟີ GaN-on-sapphire ຂອງ XKH

ການຂະຫຍາຍຂອບເຂດຂອງການນຳໃຊ້ອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ

(1) “โล่” ໃນການນຳໃຊ້ທາງທະຫານ ແລະ ການບິນອະວະກາດ

ອຸປະກອນໃນການນຳໃຊ້ທາງທະຫານ ແລະ ການບິນອະວະກາດມັກຈະເຮັດວຽກພາຍໃຕ້ສະພາບທີ່ຮຸນແຮງ. ໃນອະວະກາດ, ຍານອະວະກາດຕ້ອງປະເຊີນກັບອຸນຫະພູມເກືອບສູນອົງສາ, ລັງສີຄອສມິກທີ່ຮຸນແຮງ, ແລະ ສິ່ງທ້າທາຍຂອງສະພາບແວດລ້ອມສູນຍາກາດ. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ເຮືອບິນທະຫານປະເຊີນກັບອຸນຫະພູມພື້ນຜິວທີ່ເກີນ 1,000°C ເນື່ອງຈາກຄວາມຮ້ອນຂອງອາກາດໃນລະຫວ່າງການບິນດ້ວຍຄວາມໄວສູງ, ພ້ອມກັບການໂຫຼດກົນຈັກສູງ ແລະ ການແຊກແຊງແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ.

ຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງຜລຶກ Sapphire ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນວັດສະດຸທີ່ເໝາະສົມສຳລັບອົງປະກອບທີ່ສຳຄັນໃນຂົງເຂດເຫຼົ່ານີ້. ຄວາມຕ້ານທານອຸນຫະພູມສູງທີ່ໂດດເດັ່ນຂອງມັນ - ທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງເຖິງ 2,045°C ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາຄວາມສົມບູນຂອງໂຄງສ້າງ - ຮັບປະກັນປະສິດທິພາບທີ່ໜ້າເຊື່ອຖືພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນທາງຄວາມຮ້ອນ. ຄວາມແຂງຂອງລັງສີຂອງມັນຍັງຮັກສາການເຮັດວຽກໃນສະພາບແວດລ້ອມຂອງຈັກກະວານ ແລະ ນິວເຄຼຍ, ປົກປ້ອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ລະອຽດອ່ອນໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ. ຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ນຳໄປສູ່ການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງຂອງ sapphire ໃນປ່ອງຢ້ຽມອິນຟາເຣດ (IR) ທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ. ໃນລະບົບນຳທາງລູກສອນໄຟ, ປ່ອງຢ້ຽມ IR ຕ້ອງຮັກສາຄວາມຊັດເຈນທາງດ້ານແສງພາຍໃຕ້ຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຄວາມໄວທີ່ຮຸນແຮງເພື່ອຮັບປະກັນການກວດຈັບເປົ້າໝາຍທີ່ຖືກຕ້ອງ. ປ່ອງຢ້ຽມ IR ທີ່ອີງໃສ່ Sapphire ລວມຄວາມໝັ້ນຄົງທາງຄວາມຮ້ອນສູງກັບການສົ່ງຜ່ານ IR ທີ່ດີກວ່າ, ປັບປຸງຄວາມແມ່ນຍຳຂອງການແນະນຳຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໃນການບິນອະວະກາດ, sapphire ປົກປ້ອງລະບົບແສງດາວທຽມ, ເຮັດໃຫ້ສາມາດຖ່າຍພາບທີ່ຊັດເຈນໃນສະພາບວົງໂຄຈອນທີ່ຮຸນແຮງ.

XKH'sປ່ອງຢ້ຽມແສງ sapphire

(2) ພື້ນຖານໃໝ່ສຳລັບຕົວນຳໄຟຟ້າ ແລະ ເອເລັກໂຕຣນິກຂະໜາດນ້ອຍ

ໃນດ້ານການນຳໄຟຟ້າຍິ່ງ, ຫີນໄພລິນເຮັດໜ້າທີ່ເປັນຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ຂາດບໍ່ໄດ້ສຳລັບຟິມບາງໆທີ່ນຳໄຟຟ້າຍິ່ງ, ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ສາມາດນຳໄຟຟ້າໄດ້ໂດຍບໍ່ມີຄວາມຕ້ານທານສູນ—ປະຕິວັດການສົ່ງພະລັງງານ, ລົດໄຟແມກເລຟ, ແລະລະບົບ MRI. ຟິມນຳໄຟຟ້າທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງຕ້ອງການຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ມີໂຄງສ້າງຕາໜ່າງທີ່ໝັ້ນຄົງ, ແລະ ຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງຫີນໄພລິນກັບວັດສະດຸເຊັ່ນ: ແມກນີຊຽມໄດບໍໄຣດ໌ (MgB₂) ຊ່ວຍໃຫ້ຟິມມີຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າທີ່ສຳຄັນ ແລະ ສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ສຳຄັນເພີ່ມຂຶ້ນ. ຕົວຢ່າງ, ສາຍໄຟທີ່ໃຊ້ຟິມນຳໄຟຟ້າທີ່ຮອງຮັບດ້ວຍຫີນໄພລິນປັບປຸງປະສິດທິພາບການສົ່ງໄຟຟ້າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍພະລັງງານ.

ໃນຈຸລະພາກເອເລັກໂຕຣນິກ, ຊັ້ນຮອງພື້ນ sapphire ທີ່ມີທິດທາງຜລຶກສະເພາະ — ເຊັ່ນ: ລະນາບ R (<1-102>) ແລະ ລະນາບ A (<11-20>) — ຊ່ວຍໃຫ້ຊັ້ນ epitaxial ຊິລິໂຄນທີ່ປັບແຕ່ງໄດ້ສຳລັບວົງຈອນປະສົມປະສານຂັ້ນສູງ (ICs). sapphire ລະນາບ R ຫຼຸດຜ່ອນຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຜລຶກໃນ ICs ຄວາມໄວສູງ, ເພີ່ມຄວາມໄວໃນການດຳເນີນງານ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງ, ໃນຂະນະທີ່ຄຸນສົມບັດການສນວນ ແລະ ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ເປັນເອກະພາບຂອງ sapphire ລະນາບ A ຊ່ວຍເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຈຸລະພາກເອເລັກໂຕຣນິກປະສົມ ແລະ ການເຊື່ອມໂຍງ superconductor ອຸນຫະພູມສູງ. ຊັ້ນຮອງພື້ນເຫຼົ່ານີ້ສະໜັບສະໜູນຊິບຫຼັກໃນພື້ນຖານໂຄງລ່າງຄອມພິວເຕີ ແລະ ໂທລະຄົມມະນາຄົມທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ.

XKHຂອງກເວເຟີ lN-on-NPSS

ອະນາຄົດຂອງຜລຶກ Sapphire ໃນອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ

Sapphire ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄຸນຄ່າອັນໃຫຍ່ຫຼວງໃນທົ່ວເຄິ່ງຕົວນຳ, ຕັ້ງແຕ່ການຜະລິດຊິບຈົນເຖິງການບິນອະວະກາດ ແລະ ຕົວນຳໄຟຟ້າຊຸບເປີຄອນດັກເຕີ. ເມື່ອເທັກໂນໂລຢີກ້າວໜ້າ, ບົດບາດຂອງມັນຈະຂະຫຍາຍອອກໄປຕື່ມອີກ. ໃນດ້ານປັນຍາປະດິດ, ຊິບທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ຮອງຮັບດ້ວຍ sapphire ຈະຊຸກຍູ້ຄວາມກ້າວໜ້າຂອງ AI ໃນດ້ານການດູແລສຸຂະພາບ, ການຂົນສົ່ງ ແລະ ການເງິນ. ໃນການປະມວນຜົນແບບ quantum, ຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸຂອງ sapphire ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນຕົວເລືອກທີ່ມີຄວາມຫວັງສຳລັບການເຊື່ອມໂຍງ qubit. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ອຸປະກອນ GaN-on-sapphire ຈະຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສຳລັບຮາດແວການສື່ສານ 5G/6G. ໃນອະນາຄົດ, sapphire ຈະຍັງຄົງເປັນພື້ນຖານຂອງນະວັດຕະກຳເຄິ່ງຕົວນຳ, ເຊິ່ງເປັນພະລັງໃຫ້ແກ່ຄວາມກ້າວໜ້າທາງເທັກໂນໂລຢີຂອງມະນຸດ.

ເວເຟີ epitaxial GaN-on-sapphire ຂອງ XKH

XKH ສະໜອງປ່ອງຢ້ຽມແສງ sapphire ທີ່ມີວິສະວະກຳທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ ແລະ ວິທີແກ້ໄຂແຜ່ນ GaN-on-sapphire ສຳລັບການນຳໃຊ້ທີ່ທັນສະໄໝ. ໂດຍນຳໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກ ແລະ ການຂັດເງົາຂະໜາດນາໂນ, ພວກເຮົາສະໜອງປ່ອງຢ້ຽມ sapphire ທີ່ຮາບພຽງຫຼາຍດ້ວຍການສົ່ງຜ່ານທີ່ດີເລີດຈາກ UV ໄປຫາ IR, ເໝາະສຳລັບລະບົບການບິນອະວະກາດ, ປ້ອງກັນປະເທດ ແລະ ລະບົບເລເຊີພະລັງງານສູງ.