Monokristali su rijetki u prirodi, a čak i kada se pojave, obično su vrlo mali - tipično na milimetarskoj (mm) skali - i teško ih je nabaviti. Prijavljeni dijamanti, smaragdi, agati itd. uglavnom ne ulaze u promet na tržištu, a kamoli u industrijsku primjenu; većina se izlaže u muzejima. Međutim, neki monokristali imaju značajnu industrijsku vrijednost, poput monokristalnog silicija u industriji integriranih kola, safira koji se obično koristi u optičkim sočivima i silicijum karbida, koji dobija na zamahu u poluprovodnicima treće generacije. Mogućnost masovne industrijske proizvodnje ovih monokristala ne samo da predstavlja snagu u industrijskoj i naučnoj tehnologiji, već je i simbol bogatstva. Primarni zahtjev za proizvodnju monokristala u industriji je velika veličina, jer je to ključno za efikasnije smanjenje troškova. U nastavku su navedeni neki često susrećući se monokristali na tržištu:
1. Monokristal safira
Monokristal safira odnosi se na α-Al₂O₃, koji ima heksagonalni kristalni sistem, Mohsovu tvrdoću od 9 i stabilna hemijska svojstva. Nerastvorljiv je u kiselim ili alkalnim korozivnim tečnostima, otporan je na visoke temperature i pokazuje odličnu propusnost svjetlosti, toplotnu provodljivost i električnu izolaciju.
Ako se Al ioni u kristalu zamijene Ti i Fe ionima, kristal izgleda plavo i naziva se safir. Ako se zamijene Cr ionima, izgleda crveno i naziva se rubin. Međutim, industrijski safir je čisti α-Al₂O₃, bezbojan i proziran, bez nečistoća.
Industrijski safir obično ima oblik pločica, debljine 400-700 μm i promjera 4-8 inča. Poznate su kao pločice i izrezuju se iz kristalnih ingota. Ispod je prikazan svježe izvučeni ingot iz peći za monokristal, koji još nije poliran ili izrezan.
Kompanija Jinghui Electronic u Unutrašnjoj Mongoliji uspješno je 2018. godine uzgojila najveći ultra-veliki safirni kristal na svijetu, težak 450 kg. Prethodni najveći safirni kristal na svijetu bio je kristal od 350 kg proizveden u Rusiji. Kao što se vidi na slici, ovaj kristal ima pravilan oblik, potpuno je proziran, bez pukotina i granica zrna, te ima malo mjehurića.
2. Monokristalni silicij
Trenutno, monokristalni silicijum koji se koristi za čipove integriranih kola ima čistoću od 99,9999999% do 99,999999999% (9–11 devetki), a silicijumski ingot od 420 kg mora održavati savršenu strukturu sličnu dijamantu. U prirodi je čak i dijamant od jednog karata (200 mg) relativno rijedak.
Globalnu proizvodnju ingota od monokristalnog silicija dominira pet velikih kompanija: japanski Shin-Etsu (28,0%), japanski SUMCO (21,9%), tajvanski GlobalWafers (15,1%), južnokorejski SK Siltron (11,6%) i njemački Siltronic (11,3%). Čak i najveći proizvođač poluprovodničkih pločica u kontinentalnoj Kini, NSIG, drži samo oko 2,3% tržišnog udjela. Ipak, kao novajlija, njegov potencijal ne treba podcijeniti. U 2024. godini, NSIG planira investirati u projekat unapređenja proizvodnje silicijumskih pločica od 300 mm za integrisana kola, sa procijenjenom ukupnom investicijom od 13,2 milijarde jena.
Kao sirovina za čipove, ingoti od monokristalnog silicija visoke čistoće razvijaju se od 6 do 12 inča u promjeru. Vodeće međunarodne ljevaonice čipova, kao što su TSMC i GlobalFoundries, proizvode čipove od 12-inčnih silicijumskih pločica kao mainstream na tržištu, dok se 8-inčne pločice postepeno ukidaju. Domaći lider, SMIC, i dalje prvenstveno koristi 6-inčne pločice. Trenutno samo japanski SUMCO može proizvesti visokočiste 12-inčne podloge za pločice.
3. Galijum arsenid
Pločice galij arsenida (GaAs) su važan poluprovodnički materijal, a njihova veličina je ključni parametar u procesu pripreme.
Trenutno se GaAs pločice obično proizvode u veličinama od 2 inča, 3 inča, 4 inča, 6 inča, 8 inča i 12 inča. Među njima, pločice od 6 inča su jedna od najčešće korištenih specifikacija.
Maksimalni promjer monokristala uzgojenih metodom horizontalnog Bridgmana (HB) je uglavnom 3 inča, dok metoda tečno-enkapsuliranog Czochralskog (LEC) može proizvesti monokristale promjera do 12 inča. Međutim, rast LEC-a zahtijeva visoke troškove opreme i daje kristale s neujednačenošću i visokom gustoćom dislokacija. Metode vertikalnog gradijentnog zamrzavanja (VGF) i vertikalnog Bridgmana (VB) trenutno mogu proizvesti monokristale promjera do 8 inča, s relativno ujednačenom strukturom i nižom gustoćom dislokacija.
Tehnologiju proizvodnje poluizolacijskih poliranih GaAs pločica od 4 i 6 inča uglavnom posjeduju tri kompanije: japanski Sumitomo Electric Industries, njemački Freiberger Compound Materials i američki AXT. Do 2015. godine, podloge od 6 inča već su činile preko 90% tržišnog udjela.
U 2019. godini, globalno tržište GaAs supstrata dominirali su Freiberger, Sumitomo i Beijing Tongmei, s tržišnim udjelima od 28%, 21% i 13%, respektivno. Prema procjenama konsultantske firme Yole, globalna prodaja GaAs supstrata (preračunato u ekvivalente od 2 inča) dostigla je približno 20 miliona komada u 2019. godini, a predviđa se da će do 2025. godine premašiti 35 miliona komada. Globalno tržište GaAs supstrata procijenjeno je na oko 200 miliona dolara u 2019. godini, a očekuje se da će do 2025. godine dostići 348 miliona dolara, sa složenom godišnjom stopom rasta (CAGR) od 9,67% od 2019. do 2025. godine.
4. Monokristal silicijum karbida
Trenutno, tržište može u potpunosti podržati rast monokristala silicijum karbida (SiC) promjera 2 i 3 inča. Mnoge kompanije su izvijestile o uspješnom rastu monokristala SiC tipa 4H promjera 4 inča, što označava kinesko dostignuće svjetske klase u tehnologiji rasta SiC kristala. Međutim, još uvijek postoji značajan jaz prije komercijalizacije.
Generalno, SiC ingoti uzgojeni metodama tečne faze su relativno mali, sa debljinama na centimetarskom nivou. To je ujedno i razlog visoke cijene SiC pločica.
XKH je specijaliziran za istraživanje i razvoj i prilagođenu obradu poluprovodničkih materijala po mjeri, uključujući safir, silicijum karbid (SiC), silicijumske pločice i keramiku, pokrivajući cijeli lanac vrijednosti od rasta kristala do precizne obrade. Koristeći integrirane industrijske kapacitete, pružamo visokoperformansne safirne pločice, silicijum karbidne podloge i ultra-visoko čiste silicijumske pločice, uz podršku prilagođenih rješenja kao što su rezanje po narudžbi, površinski premaz i izrada složene geometrije kako bismo zadovoljili ekstremne ekološke zahtjeve u laserskim sistemima, proizvodnji poluprovodnika i primjenama obnovljivih izvora energije.
Pridržavajući se standarda kvalitete, naši proizvodi odlikuju se preciznošću na mikronskom nivou, termičkom stabilnošću >1500°C i vrhunskom otpornošću na koroziju, što osigurava pouzdanost u teškim radnim uvjetima. Osim toga, isporučujemo kvarcne podloge, metalne/nemetalne materijale i druge komponente poluprovodničkog kvaliteta, omogućavajući nesmetan prelazak od izrade prototipova do masovne proizvodnje za klijente iz svih industrija.
Vrijeme objave: 29. avg. 2025.