Az egykristályok ritkák a természetben, és még ha előfordulnak is, általában nagyon kicsik – jellemzően milliméteres (mm) méretben –, és nehezen beszerezhetők. A jelentett gyémántok, smaragdok, agát stb. általában nem kerülnek forgalomba, nemhogy ipari alkalmazásokba; legtöbbjüket múzeumokban állítják ki. Egyes egykristályok azonban jelentős ipari értékkel bírnak, mint például az integrált áramkörökben használt egykristályos szilícium, az optikai lencsékben gyakran használt zafír és a harmadik generációs félvezetőkben lendületet vevő szilícium-karbid. Ezen egykristályok ipari tömeggyártásának képessége nemcsak az ipari és tudományos technológia erejét képviseli, hanem a gazdagság szimbóluma is. Az egykristályok ipari előállításának elsődleges követelménye a nagy méret, mivel ez kulcsfontosságú a költségek hatékonyabb csökkentéséhez. Az alábbiakban néhány, a piacon gyakran előforduló egykristály látható:
1. Zafír egykristály
A zafír egykristály az α-Al₂O₃-ra utal, amely hexagonális kristályrendszerrel, 9-es Mohs-keménységgel és stabil kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Savas vagy lúgos korrozív folyadékokban oldhatatlan, ellenáll a magas hőmérsékletnek, és kiváló fényáteresztő képességgel, hővezető képességgel és elektromos szigeteléssel rendelkezik.
Ha a kristályban az Al₂O₃ ionokat Ti- és Fe-ionok helyettesítik, a kristály kéknek tűnik, és zafírnak nevezik. Ha Cr-ionok helyettesítik őket, vörösnek tűnik, és rubinnak nevezik. Az ipari zafír azonban tiszta α-Al₂O₃, színtelen és átlátszó, szennyeződésektől mentes.
Az ipari zafír jellemzően ostyák formájában jelenik meg, 400–700 μm vastag és 4–8 hüvelyk átmérőjű. Ezeket ostyáknak nevezik, és kristályöntvényekből vágják ki. Az alábbiakban egy frissen húzott, még nem polírozott vagy vágott öntvény látható egykristály-kemencéből.
2018-ban a belső-mongóliai Jinghui Electronic Company sikeresen növesztette a világ legnagyobb, 450 kg-os, ultranagy méretű zafírkristályát. A korábbi, világszerte legnagyobb zafírkristály egy 350 kg-os, Oroszországban gyártott kristály volt. Amint a képen is látható, a kristály szabályos alakú, teljesen átlátszó, repedés- és szemcsehatároktól mentes, és kevés buborékot tartalmaz.
2. Egykristályos szilícium
Jelenleg az integrált áramköri chipekhez használt egykristályos szilícium tisztasága 99,9999999% és 99,999999999% között van (9–11 kilences), és egy 420 kg-os szilíciumöntvénynek gyémántszerű tökéletes szerkezetet kell fenntartania. A természetben még az egykarátos (200 mg) gyémánt is viszonylag ritka.
Az egykristályos szilíciumöntvények globális gyártását öt nagy vállalat uralja: a japán Shin-Etsu (28,0%), a japán SUMCO (21,9%), a tajvani GlobalWafers (15,1%), a dél-koreai SK Siltron (11,6%) és a német Siltronic (11,3%). Még a szárazföldi Kína legnagyobb félvezető ostyagyártója, az NSIG is csak a piaci részesedés mintegy 2,3%-át birtokolja. Mindazonáltal, mint új szereplő, a potenciálját nem szabad alábecsülni. Az NSIG 2024-ben egy olyan projektbe tervez befektetni, amelynek célja a 300 mm-es szilícium ostyagyártás korszerűsítése integrált áramkörökhöz, a becsült teljes beruházási összeg 13,2 milliárd jen.
A chipek alapanyagaként a nagy tisztaságú egykristályos szilíciumöntvények átmérője 6 hüvelykről 12 hüvelykre fejlődik. A vezető nemzetközi chipöntödék, mint például a TSMC és a GlobalFoundries, a 12 hüvelykes szilíciumlapkákból gyártják a chipeket, amelyek a piac fő áramát teszik ki, míg a 8 hüvelykes lapkák fokozatosan kivezetik a forgalomból. A hazai vezető SMIC továbbra is elsősorban 6 hüvelykes lapkákat használ. Jelenleg csak a japán SUMCO képes nagy tisztaságú 12 hüvelykes lapkahordozókat előállítani.
3. Gallium-arzenid
A gallium-arzenid (GaAs) szeletek fontos félvezető anyagok, és méretük kritikus paraméter az előállítási folyamatban.
Jelenleg a GaAs ostyákat jellemzően 2 hüvelyk, 3 hüvelyk, 4 hüvelyk, 6 hüvelyk, 8 hüvelyk és 12 hüvelyk méretben gyártják. Ezek közül a 6 hüvelykes ostyák az egyik legszélesebb körben használt specifikáció.
A vízszintes Bridgman (HB) módszerrel növesztett egykristályok maximális átmérője általában 3 hüvelyk, míg a folyadékkal kapszulázott Czochralski (LEC) módszerrel akár 12 hüvelyk átmérőjű egykristályok is előállíthatók. A LEC növesztése azonban magas berendezésköltségeket igényel, és nem egyenletes eloszlású, nagy diszlokációsűrűségű kristályokat eredményez. A függőleges gradiens fagyasztásos (VGF) és a függőleges Bridgman (VB) módszerek jelenleg akár 8 hüvelyk átmérőjű egykristályokat is képesek előállítani, viszonylag egyenletes szerkezettel és alacsonyabb diszlokációsűrűséggel.
A 4 és 6 hüvelykes félig szigetelő GaAs polírozott ostyák gyártástechnológiáját elsősorban három vállalat sajátítja el: a japán Sumitomo Electric Industries, a német Freiberger Compound Materials és az amerikai AXT. 2015-re a 6 hüvelykes szubsztrátok már a piaci részesedés több mint 90%-át tették ki.
2019-ben a globális GaAs szubsztrát piacot a Freiberger, a Sumitomo és a Beijing Tongmei uralta, 28%-os, 21%-os és 13%-os piaci részesedéssel. A Yole tanácsadó cég becslései szerint a GaAs szubsztrátok globális értékesítése (2 hüvelykes egyenértékre átszámítva) elérte a körülbelül 20 millió darabot 2019-ben, és a becslések szerint 2025-re meghaladja a 35 millió darabot. A globális GaAs szubsztrát piac értékét 2019-ben körülbelül 200 millió dollárra becsülték, és várhatóan 2025-re eléri a 348 millió dollárt, a 2019 és 2025 közötti összetett éves növekedési ütem (CAGR) pedig 9,67% lesz.
4. Szilícium-karbid egykristály
Jelenleg a piac teljes mértékben képes támogatni a 2 hüvelykes és 3 hüvelykes átmérőjű szilícium-karbid (SiC) egykristályok növekedését. Számos vállalat számolt be a 4 hüvelykes, 4H típusú SiC egykristályok sikeres növekedéséről, ami Kína világszínvonalú SiC kristálynövekedési technológiájának elérését jelzi. A kereskedelmi forgalomba hozatalig azonban még jelentős a lemaradás.
A folyadékfázisú módszerekkel növesztett SiC-öntvények általában viszonylag kicsik, vastagságuk centiméteres. Ez is oka a SiC-lapkák magas árának.
Az XKH a félvezető maganyagok, többek között zafír, szilícium-karbid (SiC), szilícium-ostyák és kerámiák kutatás-fejlesztésére és egyedi feldolgozására specializálódott, lefedve a teljes értékláncot a kristálynövesztéstől a precíziós megmunkálásig. Integrált ipari képességeinkre támaszkodva nagy teljesítményű zafírostyákat, szilícium-karbid szubsztrátokat és ultra-nagy tisztaságú szilícium-ostyákat kínálunk, amelyeket olyan testreszabott megoldások támogatnak, mint az egyedi vágás, felületbevonatolás és komplex geometriai megmunkálás, hogy megfeleljenek a lézerrendszerek, a félvezetőgyártás és a megújuló energia alkalmazások szélsőséges környezeti követelményeinek.
A minőségi szabványoknak megfelelően termékeink mikronos szintű pontossággal, >1500°C hőstabilitással és kiváló korrózióállósággal rendelkeznek, biztosítva a megbízhatóságot zord üzemi körülmények között is. Ezenkívül kvarc hordozókat, fém/nemfémes anyagokat és egyéb félvezető minőségű alkatrészeket is szállítunk, lehetővé téve az ügyfelek számára a prototípus-készítéstől a tömegtermelésig tartó zökkenőmentes átmenetet a különböző iparágakban.
Közzététel ideje: 2025. augusztus 29.