Eguneroko bizitzan, telefono adimendunak eta erloju adimendunak bezalako gailu elektronikoak ezinbesteko lagun bihurtu dira. Gailu hauek gero eta meheagoak eta indartsuagoak dira. Inoiz galdetu al diozu zeure buruari zerk ahalbidetzen duen haien etengabeko bilakaera? Erantzuna material erdieroaleetan dago, eta gaur, horien artean nabarmenenetako batean zentratuko gara: zafiro kristalean.
Zafiro kristala, batez ere α-Al₂O₃-z osatua, hiru oxigeno atomoz eta bi aluminio atomoz osatuta dago, kobalenteki lotuta, sare hexagonaleko egitura bat osatuz. Itxura aldetik harribitxi mailako zafiroaren antza duen arren, zafiro kristal industrialek errendimendu bikaina azpimarratzen dute. Kimikoki inertea da, uretan disolbaezina da eta azido eta alkaliekiko erresistentea da, ingurune gogorretan egonkortasuna mantentzen duen "ezkutu kimiko" gisa jokatzen du. Horrez gain, gardentasun optiko bikaina du, argiaren transmisio eraginkorra ahalbidetuz; eroankortasun termiko sendoa, gehiegi berotzea eragozten duena; eta isolamendu elektriko bikaina, seinalearen transmisio egonkorra bermatuz, isuririk gabe. Mekanikoki, zafiroak 9ko Mohs gogortasuna du, diamantearen atzetik bigarrena, higadura eta higaduraren aurkako erresistentzia handia bihurtuz, aplikazio zorrotzetarako aproposa.
Txip fabrikazioaren arma sekretua
(1) Potentzia txikiko txipetarako funtsezko materiala
Elektronika miniaturizaziorako eta errendimendu handiko joerarantz doan heinean, potentzia txikiko txipak funtsezkoak bihurtu dira. Txip tradizionalek isolamenduaren degradazioa jasaten dute nanoeskalako lodieretan, eta horrek korronte-ihesa, energia-kontsumoa handitzea eta gehiegi berotzea eragiten ditu, eta horrek egonkortasuna eta iraupena arriskuan jartzen ditu.
Txinako Zientzien Akademiako Mikrosistema eta Informazio Teknologiako Shanghai Institutuko (SIMIT) ikertzaileek zafiro dielektriko artifizialak garatu dituzte metalezko oxidazio-teknologia erabiliz, kristal bakarreko aluminioa kristal bakarreko alumina (zafiro) bihurtuz. 1 nm-ko lodierarekin, material honek ihes-korronte ultra-baxua erakusten du, ohiko dielektriko amorfoak bi magnitude-ordena gaindituz egoera-dentsitatearen murrizketan eta 2D erdieroaleekin interfazearen kalitatea hobetuz. Hori 2D materialekin integratzeak potentzia txikiko txipak ahalbidetzen ditu, telefonoen bateriaren iraupena nabarmen luzatuz eta adimen artifizialaren eta gauzen interneteko aplikazioen egonkortasuna hobetuz.
(2) Galio Nitruroarentzako (GaN) bikotekide ezin hobea
Erdieroaleen arloan, galio nitruroa (GaN) izar distiratsu gisa agertu da bere abantaila paregabeengatik. Banda-tarte zabaleko erdieroale material gisa, 3,4 eV-ko banda-tartearekin —silizioaren 1,1 eV-a baino nabarmen handiagoa—, GaN-ek tenperatura altuko, tentsio altuko eta maiztasun altuko aplikazioetan bikaina da. Bere elektroi-mugikortasun handiak eta haustura-eremu kritikoaren indarrak potentzia handiko, tenperatura altuko, maiztasun altuko eta distira handiko gailu elektronikoetarako material aproposa bihurtzen dute. Potentzia-elektronikan, GaN-ean oinarritutako gailuek maiztasun altuagoetan funtzionatzen dute energia-kontsumo txikiagoarekin, potentzia-bihurketan eta energia-kudeaketan errendimendu hobea eskainiz. Mikrouhin-komunikazioetan, GaN-ek potentzia handiko eta maiztasun altuko osagaiak ahalbidetzen ditu, hala nola 5G potentzia-anplifikadoreak, seinalearen transmisioaren kalitatea eta egonkortasuna hobetuz.
Zafiro kristala GaN-erako "bikotekide ezin hobea" dela uste da. GaN-ekiko duen sare-desadostasuna silizio karburoarena (SiC) baino handiagoa den arren, zafiro substratuek desadostasun termiko txikiagoa erakusten dute GaN epitaxian zehar, GaN hazkuntzarako oinarri egonkorra eskainiz. Gainera, zafiroaren eroankortasun termiko bikainak eta gardentasun optikoak beroa modu eraginkorrean xahutzen laguntzen dute potentzia handiko GaN gailuetan, funtzionamendu-egonkortasuna eta argi-irteera eraginkortasun optimoa bermatuz. Bere isolamendu elektrikoaren propietate bikainek seinale-interferentziak eta potentzia-galerak are gehiago minimizatzen dituzte. Zafiroaren eta GaN-ren konbinazioak errendimendu handiko gailuak garatzea ekarri du, besteak beste, GaN oinarritutako LEDak, argiztapen eta pantailen merkatuetan nagusi direnak —etxeko LED bonbilletatik hasi eta kanpoko pantaila handietaraino—, baita komunikazio optikoetan eta laser prozesamendu zehatzean erabiltzen diren laser diodoak ere.
XKHren GaN-zafiro gaineko oblea
Erdieroaleen aplikazioen mugak zabaltzen
(1) "Ezkutua" aplikazio militar eta aeroespazialetan
Aplikazio militar eta aeroespazialetako ekipamenduak askotan muturreko baldintzetan funtzionatzen dute. Espazioan, espazio-ontziek zero absolutuko tenperatura ia, erradiazio kosmiko bizia eta hutseko ingurunearen erronkak jasaten dituzte. Hegazkin militarrek, berriz, 1.000 °C-tik gorako gainazaleko tenperaturei aurre egiten diete abiadura handiko hegaldian berotze aerodinamikoagatik, karga mekaniko handiekin eta interferentzia elektromagnetikoekin batera.
Zafiro kristalaren propietate bereziek material aproposa bihurtzen dute arlo horietako osagai kritikoetarako. Tenperatura altuko erresistentzia bikainak —2.045 °C-raino jasaten du egitura-osotasuna mantenduz— errendimendu fidagarria bermatzen du tentsio termikoaren pean. Erradiazio-gogortasunak funtzionaltasuna ere mantentzen du ingurune kosmiko eta nuklearretan, elektronika sentikorra eraginkortasunez babestuz. Ezaugarri hauek zafiroa tenperatura altuko infragorri (IR) leihoetan erabiltzea ekarri dute. Misilen gidaritza-sistemetan, IR leihoek argitasun optikoa mantendu behar dute bero eta abiadura muturrekoetan, helburuaren detekzio zehatza bermatzeko. Zafiroan oinarritutako IR leihoek egonkortasun termiko handia eta IR transmitantzia bikaina konbinatzen dituzte, gidaritza-zehaztasuna nabarmen hobetuz. Aeroespazialki, zafiroak sateliteen sistema optikoak babesten ditu, irudi garbiak ahalbidetuz orbita-baldintza gogorretan.
XKH-renzafiro leiho optikoak
(2) Supereroale eta Mikroelektronikarako Fundazio Berria
Supereroankortasunean, zafiroa ezinbesteko substratu gisa balio du film mehe supereroaleetarako, zero erresistentziako eroapena ahalbidetzen baitute, potentzia-transmisioa, maglev trenak eta MRI sistemak iraultuz. Errendimendu handiko film supereroaleek sare-egitura egonkorrak dituzten substratuak behar dituzte, eta zafiroak magnesio diboruroa (MgB₂) bezalako materialekin duen bateragarritasunak korronte-dentsitate kritiko eta eremu magnetiko kritiko hobetuak dituzten filmen hazkuntza ahalbidetzen du. Adibidez, zafiroz euskarritutako film supereroaleak erabiltzen dituzten potentzia-kableek transmisio-eraginkortasuna nabarmen hobetzen dute energia-galera minimizatuz.
Mikroelektronikan, orientazio kristalografiko espezifikoak dituzten zafiro substratuek —adibidez, R planoa (<1-102>) eta A planoa (<11-20>)— siliziozko geruza epitaxial pertsonalizatuak ahalbidetzen dituzte zirkuitu integratu (IC) aurreratuetarako. R planoko zafiroak kristal-akatsak murrizten ditu abiadura handiko ICetan, funtzionamendu-abiadura eta egonkortasuna handituz, eta A planoko zafiroaren isolamendu-propietateek eta permitibitate uniformeak mikroelektronika hibridoa eta tenperatura altuko supereroaleen integrazioa optimizatzen dute. Substratu hauek errendimendu handiko konputazio- eta telekomunikazio-azpiegituretako nukleo-txipen oinarri dira.
XKH-renAlN-on-NPSS oblea
Zafiro kristalaren etorkizuna erdieroaleetan
Zafiroak balio izugarria erakutsi du dagoeneko erdieroaleen sektorean, txipen fabrikaziotik hasi eta aeroespazial eta supereroaleetaraino. Teknologiak aurrera egin ahala, bere eginkizuna are gehiago zabalduko da. Adimen artifizialean, zafiroz lagundutako potentzia txikiko eta errendimendu handiko txipek bultzatuko dituzte IAren aurrerapenak osasungintzan, garraioan eta finantzetan. Konputazio kuantikoan, zafiroaren materialen propietateek hautagai itxaropentsu gisa kokatzen dute qubit integraziorako. Bitartean, GaN-zafiro gailuek 5G/6G komunikazio hardwarearen eskaera gero eta handiagoa asetuko dute. Aurrera begira, zafiroa erdieroaleen berrikuntzaren oinarrizko zutabe izaten jarraituko du, gizateriaren aurrerapen teknologikoa bultzatuz.
XKHren GaN-zafiro gaineko epitaxial oblea
XKH-k zehaztasunez diseinatutako zafiro leiho optikoak eta GaN-zafiro gaineko oblea irtenbideak eskaintzen ditu aplikazio aurreratuetarako. Kristalen hazkuntza eta nanoeskalako leuntze teknologia jabedunak erabiliz, zafiro leiho ultralauak eskaintzen ditugu, UVtik IR espektroetara transmisio bikainarekin, aeroespazial, defentsa eta potentzia handiko laser sistemetarako aproposak.
Argitaratze data: 2025eko apirilaren 18a