નાનું નીલમ, સેમિકન્ડક્ટર્સના "મોટા ભવિષ્ય" ને ટેકો આપે છે

રોજિંદા જીવનમાં, સ્માર્ટફોન અને સ્માર્ટવોચ જેવા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો અનિવાર્ય સાથી બની ગયા છે. આ ઉપકરણો વધુને વધુ પાતળા પણ વધુ શક્તિશાળી બની રહ્યા છે. શું તમે ક્યારેય વિચાર્યું છે કે તેમના સતત ઉત્ક્રાંતિને શું સક્ષમ બનાવે છે? જવાબ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીમાં રહેલો છે, અને આજે, આપણે તેમાંથી સૌથી ઉત્કૃષ્ટ - નીલમ સ્ફટિક પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીશું.

નીલમ સ્ફટિક, મુખ્યત્વે α-Al₂O₃ થી બનેલું છે, તેમાં ત્રણ ઓક્સિજન પરમાણુ અને બે એલ્યુમિનિયમ પરમાણુઓ હોય છે જે સહસંયોજક રીતે બંધાયેલા હોય છે, જે ષટ્કોણ જાળીનું માળખું બનાવે છે. દેખાવમાં તે જેમ-ગ્રેડ નીલમ જેવું લાગે છે, ઔદ્યોગિક નીલમ સ્ફટિકો શ્રેષ્ઠ કામગીરી પર ભાર મૂકે છે. રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય, તે પાણીમાં અદ્રાવ્ય છે અને એસિડ અને આલ્કલીસ સામે પ્રતિરોધક છે, જે "રાસાયણિક કવચ" તરીકે કાર્ય કરે છે જે કઠોર વાતાવરણમાં સ્થિરતા જાળવી રાખે છે. વધુમાં, તે ઉત્તમ ઓપ્ટિકલ પારદર્શિતા દર્શાવે છે, જે કાર્યક્ષમ પ્રકાશ ટ્રાન્સમિશનને મંજૂરી આપે છે; મજબૂત થર્મલ વાહકતા, ઓવરહિટીંગ અટકાવે છે; અને ઉત્કૃષ્ટ વિદ્યુત ઇન્સ્યુલેશન, લિકેજ વિના સ્થિર સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન સુનિશ્ચિત કરે છે. યાંત્રિક રીતે, નીલમ 9 ની મોહ્સ કઠિનતા ધરાવે છે, જે હીરા પછી બીજા ક્રમે છે, જે તેને ખૂબ જ ઘસારો અને ધોવાણ-પ્રતિરોધક બનાવે છે - માંગણીવાળા એપ્લિકેશનો માટે આદર્શ.

ચિપ ઉત્પાદનમાં ગુપ્ત શસ્ત્ર

(૧) ઓછી શક્તિવાળા ચિપ્સ માટે મુખ્ય સામગ્રી

ઇલેક્ટ્રોનિક્સ લઘુચિત્રીકરણ અને ઉચ્ચ પ્રદર્શન તરફ વલણ ધરાવતા હોવાથી, ઓછી-પાવર ચિપ્સ મહત્વપૂર્ણ બની ગઈ છે. પરંપરાગત ચિપ્સ નેનોસ્કેલ જાડાઈ પર ઇન્સ્યુલેશન ડિગ્રેડેશનથી પીડાય છે, જેના કારણે વર્તમાન લિકેજ, વીજ વપરાશમાં વધારો અને ઓવરહિટીંગ થાય છે, જે સ્થિરતા અને આયુષ્ય સાથે સમાધાન કરે છે.

ચાઇનીઝ એકેડેમી ઓફ સાયન્સના શાંઘાઈ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ માઇક્રોસિસ્ટમ એન્ડ ઇન્ફર્મેશન ટેકનોલોજી (SIMIT) ના સંશોધકોએ મેટલ-ઇન્ટરકેલેટેડ ઓક્સિડેશન ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને કૃત્રિમ નીલમ ડાઇલેક્ટ્રિક વેફર્સ વિકસાવ્યા છે, જે સિંગલ-ક્રિસ્ટલ એલ્યુમિના (નીલમ) માં રૂપાંતરિત થાય છે. 1 nm જાડાઈ પર, આ સામગ્રી અતિ-નીચા લિકેજ પ્રવાહ દર્શાવે છે, રાજ્ય ઘનતા ઘટાડવામાં પરંપરાગત આકારહીન ડાઇલેક્ટ્રિક્સને બે ક્રમમાં પાછળ છોડી દે છે અને 2D સેમિકન્ડક્ટર સાથે ઇન્ટરફેસ ગુણવત્તામાં સુધારો કરે છે. 2D સામગ્રી સાથે આને એકીકૃત કરવાથી ઓછી-પાવર ચિપ્સ સક્ષમ બને છે, સ્માર્ટફોનમાં બેટરી લાઇફ નોંધપાત્ર રીતે વધે છે અને AI અને IoT એપ્લિકેશન્સમાં સ્થિરતા વધે છે.

(2) ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (GaN) માટે પરફેક્ટ પાર્ટનર

સેમિકન્ડક્ટર ક્ષેત્રમાં, ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (GaN) તેના અનન્ય ફાયદાઓને કારણે એક ચમકતો તારો બનીને ઉભરી આવ્યો છે. 3.4 eV ના બેન્ડગેપ સાથે વાઇડ-બેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ તરીકે—સિલિકોનના 1.1 eV કરતા નોંધપાત્ર રીતે મોટો—GaN ઉચ્ચ-તાપમાન, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ અને ઉચ્ચ-આવર્તન એપ્લિકેશન્સમાં શ્રેષ્ઠ છે. તેની ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા અને નિર્ણાયક બ્રેકડાઉન ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થ તેને ઉચ્ચ-શક્તિ, ઉચ્ચ-તાપમાન, ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઉચ્ચ-તેજસ્વીતા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટે એક આદર્શ સામગ્રી બનાવે છે. પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં, GaN-આધારિત ઉપકરણો ઓછી ઉર્જા વપરાશ સાથે ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર કાર્ય કરે છે, જે પાવર કન્વર્ઝન અને ઉર્જા વ્યવસ્થાપનમાં શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન પ્રદાન કરે છે. માઇક્રોવેવ કોમ્યુનિકેશનમાં, GaN ઉચ્ચ-શક્તિ, ઉચ્ચ-આવર્તન ઘટકો જેમ કે 5G પાવર એમ્પ્લીફાયરને સક્ષમ કરે છે, જે સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન ગુણવત્તા અને સ્થિરતામાં વધારો કરે છે.

GaN માટે નીલમ સ્ફટિકને "પરફેક્ટ પાર્ટનર" માનવામાં આવે છે. જોકે GaN સાથે તેની જાળીની અસંગતતા સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) કરતા વધારે છે, તેમ છતાં GaN એપિટાક્સી દરમિયાન નીલમ સબસ્ટ્રેટ્સ ઓછી થર્મલ અસંગતતા દર્શાવે છે, જે GaN વૃદ્ધિ માટે સ્થિર પાયો પૂરો પાડે છે. વધુમાં, નીલમની ઉત્તમ થર્મલ વાહકતા અને ઓપ્ટિકલ પારદર્શિતા ઉચ્ચ-શક્તિવાળા GaN ઉપકરણોમાં કાર્યક્ષમ ગરમીના વિસર્જનને સરળ બનાવે છે, જે કાર્યકારી સ્થિરતા અને શ્રેષ્ઠ પ્રકાશ આઉટપુટ કાર્યક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરે છે. તેના શ્રેષ્ઠ વિદ્યુત ઇન્સ્યુલેશન ગુણધર્મો સિગ્નલ હસ્તક્ષેપ અને પાવર લોસને વધુ ઘટાડે છે. નીલમ અને GaN ના સંયોજનથી GaN-આધારિત LED સહિત ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઉપકરણોનો વિકાસ થયો છે, જે લાઇટિંગ અને ડિસ્પ્લે બજારોમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે - ઘરગથ્થુ LED બલ્બથી લઈને મોટી આઉટડોર સ્ક્રીન સુધી - તેમજ ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન અને ચોકસાઇ લેસર પ્રોસેસિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા લેસર ડાયોડ.

XKH નું GaN-ઓન-સેફાયર વેફર

સેમિકન્ડક્ટર એપ્લિકેશન્સની સીમાઓનું વિસ્તરણ

(૧) લશ્કરી અને એરોસ્પેસ એપ્લિકેશન્સમાં "ઢાલ"

લશ્કરી અને એરોસ્પેસ એપ્લિકેશન્સમાં સાધનો ઘણીવાર આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓમાં કાર્ય કરે છે. અવકાશમાં, અવકાશયાન લગભગ સંપૂર્ણ શૂન્ય તાપમાન, તીવ્ર કોસ્મિક કિરણોત્સર્ગ અને શૂન્યાવકાશ વાતાવરણના પડકારોનો સામનો કરે છે. તે દરમિયાન, લશ્કરી વિમાનો હાઇ-સ્પીડ ફ્લાઇટ દરમિયાન એરોડાયનેમિક ગરમી, ઉચ્ચ યાંત્રિક ભાર અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક હસ્તક્ષેપને કારણે સપાટીના તાપમાન 1,000°C થી વધુનો સામનો કરે છે.

નીલમ સ્ફટિકના અનન્ય ગુણધર્મો તેને આ ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ ઘટકો માટે એક આદર્શ સામગ્રી બનાવે છે. તેનો અસાધારણ ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિકાર - માળખાકીય અખંડિતતા જાળવી રાખીને 2,045°C સુધીનો સામનો કરે છે - થર્મલ તાણ હેઠળ વિશ્વસનીય કામગીરી સુનિશ્ચિત કરે છે. તેની કિરણોત્સર્ગ કઠિનતા કોસ્મિક અને પરમાણુ વાતાવરણમાં કાર્યક્ષમતાને પણ જાળવી રાખે છે, જે સંવેદનશીલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સને અસરકારક રીતે રક્ષણ આપે છે. આ ગુણધર્મોને કારણે ઉચ્ચ-તાપમાન ઇન્ફ્રારેડ (IR) વિન્ડોમાં નીલમનો વ્યાપક ઉપયોગ થયો છે. મિસાઇલ માર્ગદર્શન પ્રણાલીઓમાં, IR વિન્ડોએ ચોક્કસ લક્ષ્ય શોધ સુનિશ્ચિત કરવા માટે ભારે ગરમી અને વેગ હેઠળ ઓપ્ટિકલ સ્પષ્ટતા જાળવી રાખવી જોઈએ. નીલમ-આધારિત IR વિન્ડો ઉચ્ચ થર્મલ સ્થિરતાને શ્રેષ્ઠ IR ટ્રાન્સમિટન્સ સાથે જોડે છે, જે માર્ગદર્શન ચોકસાઇમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે. એરોસ્પેસમાં, નીલમ ઉપગ્રહ ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમોનું રક્ષણ કરે છે, જે કઠોર ભ્રમણકક્ષાની પરિસ્થિતિઓમાં સ્પષ્ટ ઇમેજિંગને સક્ષમ બનાવે છે.

XKH'sસેફાયર ઓપ્ટિકલ વિન્ડોઝ

(2) સુપરકન્ડક્ટર્સ અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટેનો નવો પાયો

સુપરકન્ડક્ટિવિટીમાં, નીલમ પાતળા ફિલ્મોને સુપરકન્ડક્ટ કરવા માટે એક અનિવાર્ય સબસ્ટ્રેટ તરીકે કામ કરે છે, જે શૂન્ય-પ્રતિરોધક વહનને સક્ષમ કરે છે - ક્રાંતિકારી પાવર ટ્રાન્સમિશન, મેગ્લેવ ટ્રેનો અને MRI સિસ્ટમ્સ. ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સુપરકન્ડક્ટિંગ ફિલ્મોને સ્થિર જાળી માળખાવાળા સબસ્ટ્રેટની જરૂર પડે છે, અને મેગ્નેશિયમ ડાયબોરાઇડ (MgB₂) જેવી સામગ્રી સાથે નીલમની સુસંગતતા ઉન્નત ક્રિટિકલ કરંટ ઘનતા અને ક્રિટિકલ મેગ્નેટિક ફિલ્ડ સાથે ફિલ્મોના વિકાસને મંજૂરી આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, નીલમ-સપોર્ટેડ સુપરકન્ડક્ટિંગ ફિલ્મોનો ઉપયોગ કરતા પાવર કેબલ્સ ઉર્જા નુકશાન ઘટાડીને ટ્રાન્સમિશન કાર્યક્ષમતામાં નાટ્યાત્મક સુધારો કરે છે.

માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં, ચોક્કસ ક્રિસ્ટલોગ્રાફિક ઓરિએન્ટેશનવાળા નીલમ સબસ્ટ્રેટ્સ - જેમ કે R-પ્લેન (<1-102>) અને A-પ્લેન (<11-20>) - એડવાન્સ્ડ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ્સ (ICs) માટે ટેઇલર્ડ સિલિકોન એપિટેક્સિયલ લેયર્સને સક્ષમ કરે છે. R-પ્લેન નીલમ હાઇ-સ્પીડ ICs માં સ્ફટિક ખામીઓ ઘટાડે છે, ઓપરેશનલ ગતિ અને સ્થિરતામાં વધારો કરે છે, જ્યારે A-પ્લેન નીલમના ઇન્સ્યુલેટીંગ ગુણધર્મો અને સમાન પરવાનગી હાઇબ્રિડ માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઉચ્ચ-તાપમાન સુપરકન્ડક્ટર ઇન્ટિગ્રેશનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરે છે. આ સબસ્ટ્રેટ્સ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કમ્પ્યુટિંગ અને ટેલિકોમ્યુનિકેશન ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરમાં કોર ચિપ્સને ટેકો આપે છે.

XKHનીઅNPSS પર lN વેફર

સેમિકન્ડક્ટર્સમાં નીલમ ક્રિસ્ટલનું ભવિષ્ય

સેફાયર પહેલાથી જ સેમિકન્ડક્ટર્સમાં, ચિપ ફેબ્રિકેશનથી લઈને એરોસ્પેસ અને સુપરકન્ડક્ટર્સ સુધી, અપાર મૂલ્ય દર્શાવી ચૂક્યું છે. જેમ જેમ ટેકનોલોજી આગળ વધશે, તેમ તેમ તેની ભૂમિકા વધુ વિસ્તરશે. કૃત્રિમ બુદ્ધિમત્તામાં, સેફાયર-સમર્થિત ઓછી-શક્તિ, ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ચિપ્સ આરોગ્યસંભાળ, પરિવહન અને નાણાકીય ક્ષેત્રમાં AI પ્રગતિને આગળ ધપાવશે. ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં, સેફાયરના ભૌતિક ગુણધર્મો તેને ક્વિબિટ એકીકરણ માટે આશાસ્પદ ઉમેદવાર તરીકે સ્થાન આપે છે. દરમિયાન, GaN-ઓન-સેફાયર ઉપકરણો 5G/6G સંચાર હાર્ડવેરની વધતી માંગને પૂર્ણ કરશે. આગળ વધતા, સેફાયર સેમિકન્ડક્ટર નવીનતાનો આધારસ્તંભ રહેશે, જે માનવતાની તકનીકી પ્રગતિને શક્તિ આપશે.

XKH નું GaN-ઓન-સેફાયર એપિટેક્સિયલ વેફર

XKH અત્યાધુનિક એપ્લિકેશનો માટે ચોકસાઇ-એન્જિનિયર્ડ નીલમ ઓપ્ટિકલ વિન્ડોઝ અને GaN-ઓન-નીલમ વેફર સોલ્યુશન્સ પ્રદાન કરે છે. માલિકીની ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ અને નેનોસ્કેલ પોલિશિંગ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને, અમે UV થી IR સ્પેક્ટ્રામાં અસાધારણ ટ્રાન્સમિશન સાથે અલ્ટ્રા-ફ્લેટ નીલમ વિન્ડોઝ પ્રદાન કરીએ છીએ, જે એરોસ્પેસ, સંરક્ષણ અને ઉચ્ચ-શક્તિવાળા લેસર સિસ્ટમ્સ માટે આદર્શ છે.