كريستال الزعفري الصغير يدفع "المستقبل الكبير" للشاشات

كريستال الزعفري الصغير يدفع "المستقبل الكبير" للشاشات

في حياتنا اليومية، أصبحت الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة والساعات الذكية رفيقين لا ينفصلون عنهم.هذه الأجهزة أصبحت رقيقة و خفيفة الوزن بشكل متزايد بينما تقدم وظائف أكثر قوةهل تساءلت يوماً ما وراء تطورها المستمر؟ الإجابة هي مواد أشباه الموصلات، واليوم، سنركز على أحد أبرز الأداء في هذا المجال: بلور الزفير.

تتكون بلورة الزفير بشكل أساسي من α-Al2O3 ، وتشكل عن طريق الجمع بين ثلاثة ذرات أوكسجين وذرات ألومنيوم اثنين من خلال الربط المشترك ، مما يؤدي إلى بنية بلورية ستة أطراف.بصرياً، فإنه يشترك في أوجه تشابه مع الياقوت الجوهرية التي نراها عادة. ومع ذلك ، كمادة أشباه الموصلات ، فإن بلور الياقوت أكثر تقديرًا لخصائصه الممتازة.يظهر استقرار كيميائي ملحوظ، عموماً غير قابلة للذوبان في الماء ومقاومة للتآكل من قبل الأحماض والقواعد ، والتي تعمل كـ "حارس حماية كيميائية" والتي تحافظ على خصائصها في مختلف البيئات الكيميائية.بالإضافة إلى، يفتخر بنقل الضوء الجيد ، مما يسمح للضوء بالمرور بسلاسة ؛ الموصلات الحرارية الممتازة ، والتي تساعد على إبعاد الحرارة بسرعة لمنع الأجهزة من "التسخين الزائد".وعزل كهربائي ممتاز، مما يضمن انتقال ثابت للإشارات الإلكترونية ومنع مشاكل التسرب. علاوة على ذلك ، يمتلك بلور الزفير خصائص ميكانيكية ممتازة ، بقسوة تسعة على مقياس موهز ،الثاني فقط للماس في الطبيعة، مما يجعله مقاومًا للغاية للارتداء والتآكل ، وقادرًا على "الوقوف ثابتًا" في بيئات معقدة مختلفة.

"السلاح السري" في تصنيع الرقائق

(أ) المواد الرئيسية للشرائح منخفضة الطاقة

اليوم، تتطور الأجهزة الإلكترونية بسرعة نحو التقليص والأداء العالي.ويتوقع أن يكون سماعات الأذن اللاسلكية حياة بطارية أطول وتشغيل أسرعهذا يضع متطلبات عالية للغاية للشرائح، مع الشرائح منخفضة الطاقة تصبح السعي للصناعة. الشرائح التقليدية، مع زيادة عدد الترانزستورات وتقلص حجمها،تجربة انخفاض في أداء العزل للمواد المعطلة على نطاق نانومتر، مما يؤدي إلى تسرب التيار ، وزيادة استهلاك الطاقة ، وتسخين الجهاز الشديد ، وانخفاض الاستقرار وطول العمر.

فريق البحث في معهد شنغهاي للأنظمة الدقيقة وتكنولوجيا المعلومات في الأكاديمية الصينية للعلوم، بعد سنوات من البحث المكرس،تم تطوير رقائق كهربائية صناعية من الزعفرة بنجاح، وتوفير دعم تقني قوي لتطوير الرقائق منخفضة الطاقة.لقد استخدموا تقنية أكسدة متداخلة للمعادن لتأكسيد الألومنيوم أحادي البلور إلى أكسيد الألومنيوم أحادي البلور، المعروف أيضا باسم الزعفرة الاصطناعية. هذه المادة تحقق التيار التسرب منخفض للغاية في سمك نانومتر واحد، وحل بفعالية التحديات التي تواجه المواد المعطلة التقليدية.بالمقارنة مع المواد الكهربائية غير المتحركة التقليدية، والفطائر الكهربائية الصناعية من الزعفران لها مزايا كبيرة في الهيكل والأداء الإلكتروني.مع كثافة الحالة المنخفضة بمقدار أمرين من الكبر والواجهات المحسنة إلى حد كبير مع مواد أشباه الموصلات ثنائية الأبعاداستخدم فريق البحث هذه المادة مع مواد ثنائية الأبعاد لصنع أجهزة رقاقة منخفضة الطاقة بنجاحتحسين عمر البطارية وكفاءة تشغيل الرقائق بشكل كبيرويعني هذا الإنجاز أن عمر البطارية في الهواتف الذكية سيتم تمديدها بشكل كبير، مما يلغي الحاجة إلى الشحن المتكرر.الشرائح ذات الطاقة المنخفضة سوف تسمح بتشغيل جهاز أكثر استقراراً وأطول مدة، مما يؤدي إلى تسريع التنمية في هذه المناطق.

(٢) "الشريك المثالي لنتريد الغاليوم"

في مجال أشباه الموصلات ، يبرز نتريد الغاليوم (GaN) كنجم لامع بسبب مزاياه الفريدة. كمادة أشباه موصلات واسعة النطاق مع فجوة نطاق 3.4eV ،أكبر بكثير من السيليكون 1.1eV، GaN تتفوق في التطبيقات عالية درجة الحرارة، عالية الجهد، وارتفاع التردد، مما يوفر تحرك الكترونات عالية وقوة المجال الكهربائي الانهيار،مما يجعلها مادة مثالية لتصنيع الطاقة العالية، أجهزة إلكترونية عالية درجة الحرارة، وارتفاع التردد، وارتفاع سطوعها. على سبيل المثال، في مجال إلكترونيات الطاقة، تعمل أجهزة الطاقة GaN في ترددات أعلى مع استهلاك طاقة أقل،تقدم مزايا كبيرة في تحويل الطاقة وإدارة جودة الطاقةفي مجال الاتصالات الميكروويفية، يستخدم GaN لتصنيع أجهزة الاتصالات الميكروويفية ذات الطاقة العالية والوتيرة العالية، مثل مكبرات الطاقة في الاتصالات المتنقلة 5G،التي تحسن جودة انتقال الإشارة واستقرارها.

كريستال الزفير ونيتريد الغاليوم هما "الشركاء المثاليين" يظهران مطابقة جيدة للشبكةأظهرت الركائز الزعفرية عدم التطابق الحراري المنخفض أثناء استنشاق GaN، مما يوفر أساساً مستقراً لنمو غان.موصلة الحرارة الجيدة لبلور الزعفر والشفافية البصرية تسمح لها بتبديد الحرارة بسرعة أثناء تشغيل أجهزة GaN في درجات حرارة عالية، مما يضمن أداء جهاز ثابت والحفاظ على كفاءة إنتاج الضوء. علاوة على ذلك ، فإن العزل الكهربائي الممتاز لبلور الزعفران يقلل بفعالية من تداخلات الإشارة وفقدان الطاقة.على أساس مزيج من بلور الزفير ونيتريد الغاليوم، تم تصنيع العديد من الأجهزة عالية الأداء. في مجال LED ، أصبحت مصابيح LED القائمة على GaN السوق السائدة ، وتستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الإضاءة والعرض ،من مصابيح LED المنزلية إلى شاشات العرض الخارجية الكبيرةالليزر يلعب أيضا دورا هاما في الاتصالات البصرية ومعالجة الليزر.

توسيع حدود تطبيقات أشباه الموصلات

(أ) "الدرع" في المجالات العسكرية والفضاءية

المعدات العسكرية والفضائية غالباً ما تعمل في بيئات قاسية للغاية في الفضاء، تواجه المركبات الفضائية درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق،والتحديات التي تفرضها بيئات الفراغالمعدات العسكرية، مثل الطائرات المقاتلة، تعاني من درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة مئوية بسبب الاحتكاك الهوائي أثناء الطيران بسرعة عالية، إلى جانب زيادة الحمل الكبير والتداخل الكهرومغناطيسي القوي.

كريستال الزعفري، مع خصائصه الفريدة، هو مادة مثالية للمكونات الحرجة في هذه المجالات.قادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 2045 درجة مئوية مع الحفاظ على الاستقرار الهيكلي دون تشوه أو ذوبان، تعمل كـ"حارس درجة حرارة عالية" لضمان تشغيل جهاز طبيعي. بالإضافة إلى ذلك مقاومة الإشعاع القوية تعني أنه في بيئات الإشعاع الكوني والنووي،أداء بلور الزفير لا يزال غير متأثر تقريباالحماية الفعالة للمكونات الإلكترونية الداخلية.

بناءً على هذه الخصائص، يستخدم بلور الزعفران على نطاق واسع في تصنيع نوافذ تحت الحمراء المقاومة لدرجات الحرارة العالية. infrared windows are crucial components that must maintain good light transmittance under high temperatures and high-speed flight conditions to allow infrared detectors to accurately capture target infrared signalsلا تتحمل نوافذ الأشعة تحت الحمراء القائمة على بلور الزعفرة درجات الحرارة العالية فحسب، بل تضمن أيضًا انتقال ضوء الأشعة تحت الحمراء العالي، مما يحسن بدرجة كبيرة من دقة توجيه الصواريخ.في مجال الطيران والفضاءكما تعتمد معدات الأقمار الصناعية البصرية أيضاً على بلور الزعفرة، مما يوفر حماية مستقرة للأدوات البصرية في بيئات الفضاء القاسية ويضمن صور الأقمار الصناعية الواضحة والدقيقة.

(٢) "الأساس الجديد للقيادة الفائقة والإلكترونيات الدقيقة"

في مجال التوصيل الفائق، كريستال الزعفر بمثابة رصيف لا غنى عنه للفيلم فائق التوصيل. الفيلم فائق التوصيل لديها آفاق تطبيق واسعة في نقل الطاقة،القطارات ذات الرافعة المغناطيسية، والتصوير بالرنين المغناطيسي النووي، مما يتيح التوصيل الكهربائي دون مقاومة وتقليل خسائر الطاقة بشكل كبير.تحضير أفلام فائقة التوصيل عالية الأداء يتطلب مواد رصيد عالية الجودةهيكل بلور الزعفرة المستقر والشبكة جيدة مطابقة مع المواد فائقة التوصيل توفر أساسا مستقرا لنمو فيلم فائق التوصيل.من خلال زراعة مواد فائقة التوصيل مثل MgB2 (مغنيسيوم ديبوريد) على بلور الزفير، يمكن إعداد أفلام فائقة التوصيل عالية الجودة، مع تحسينات كبيرة في كثافة التيار الحرج ومؤشرات أداء المجال المغناطيسي الحرج.يمكن استخدام الأفلام فائقة التوصيل القائمة على قواعد الزعفرة للأسلاك تحسين كفاءة نقل الطاقة بشكل كبير وتقليل خسائر الطاقة أثناء النقل.

في مجال الدوائر المتكاملة الإلكترونية الدقيقة ، تلعب بلورة الزعفرة أيضًا دورًا مهمًا. التوجهات البلورية المختلفة لتركيبات الزعفرة ، مثل الطائرة R (<1-102>) والطائرة A (<11-20>),تظهر خصائص كهربائية وهياكل بلورية مختلفة. باستخدام هذه الخصائص، يمكن زراعة طبقات السيليكون البصرية ذات خصائص كهربائية محددة.يتم استخدام أسطوانات الزعفرة ذات الطائرة R عادة في الدوائر المتكاملة عالية السرعة، مما يوفر تطابقًا جيدًا للشبكة للطبقات البصرية للسيليكون ، مما يقلل من عيوب الكريستال ، وبالتالي يحسن سرعة الدائرة المتكاملة واستقرارها.بسبب خصائص العزل العالية والمكانيات المتساوية، تستخدم على نطاق واسع في تكنولوجيا الميكروإلكترونيات الهجينة.أنها لا تخدم فقط كقاعدة نمو للموصليات الفائقة عالية درجة الحرارة ولكن أيضا تساعد على تحسين تخطيط الدوائر في تصميم الدوائر المتكاملة، وتعزيز تكامل الدوائر وموثوقيتها. الأجهزة الإلكترونية المتطورة، مثل الرقائق الأساسية في أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء ومحطات الاتصالات الأساسية، تحتوي على قواعد من الزعفر،تقديم دعم قوي لتطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة.

مخطط المستقبل لكريستال الزعفرة

كريستال الزفير قد أظهر بالفعل قيمة تطبيق كبيرة في مجال أشباه الموصلات، لعب دور لا غنى عنه في تصنيع الرقائق، والتطبيقات العسكرية والفضاء،التوصيل الفائقمع استمرار التقدم التكنولوجي، من المتوقع أن يحقق بلور الزفير اختراقات في المزيد من المجالات في المستقبل.مع استمرار الطلب على أداء رقاقة الحوسبة في الارتفاعهناك حاجة ملحة لشرائح ذات طاقة منخفضة وأداء عاليمن المتوقع أن يدفع إلى مزيد من تطوير رقائق الذكاء الاصطناعي وتعزيز تطبيقات أوسع من تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي في مجالات مثل الرعاية الصحيةفي مجال الحوسبة الكمومية، على الرغم من أنها لا تزال في مراحلها الأولى، خصائص بلور الزفير الممتازة تجعلها مادة مرشحة محتملة للرقائق الكمومية،دعم الاختراقات في تكنولوجيا الحوسبة الكمومية.

تتخصص ZMSH في النوافذ البصرية الزهرية المتميزة والوافيرات البصرية على الزهرية المصممة خصيصًا للتطبيقات المهمة.نوافذنا من الياقوت تجمع بين الصمود العسكري والكمال البصرييحتوي على خشونة سطحية تحت أنجستروم لنقل الضوء المتفوق عبر البيئات القاسية.منصة GaN على الياقوت يحقق أداءً رائدًا مع تكنولوجيا تقليل العيوب الخاصة بنا، توفير كثافة تحريك <3E6 / سم2 لأجهزة RF عالية الطاقة والأجهزة الالكترونية الضوئية. من خلال التصنيع المتكامل رأسيا من نمو الكريستال إلى التشطيب الدقيق،ZMSH تمكن العملاء من دفع حدود الفوتونيات وأداء إلكترونيات الطاقة.

رقاقة الـ (ألن) على الزبير