Monokristalai gamtoje yra reti, o net ir pasitaikantys jie paprastai yra labai maži – dažniausiai milimetro (mm) mastelio – ir juos sunku gauti. Deimantai, smaragdai, agatai ir kt., apie kuriuos pranešama, paprastai nepatenka į rinką, jau nekalbant apie pramoninį pritaikymą; dauguma jų eksponuojami muziejuose parodoms. Tačiau kai kurie monokristalai turi didelę pramoninę vertę, pavyzdžiui, monokristalas silicis integrinių grandynų pramonėje, safyras, dažniausiai naudojamas optiniuose lęšiuose, ir silicio karbidas, kuris įgauna pagreitį trečios kartos puslaidininkiuose. Galimybė masiškai gaminti šiuos monokristalus pramoniniu būdu ne tik rodo pramonės ir mokslo technologijų stiprybę, bet ir yra turto simbolis. Pagrindinis monokristalų gamybos pramonėje reikalavimas yra didelis dydis, nes tai yra raktas į efektyvesnį sąnaudų mažinimą. Žemiau pateikiami keli dažniausiai rinkoje sutinkami monokristalai:
1. Safyro monokristalas
Safyro monokristalas – tai α-Al₂O₃, turintis šešiakampę kristalų sistemą, 9 Moso kietumą ir stabilias chemines savybes. Jis netirpsta rūgštiniuose ar šarminiuose koroziniuose skysčiuose, yra atsparus aukštai temperatūrai ir pasižymi puikiu šviesos pralaidumu, šilumos laidumu ir elektros izoliacija.
Jei kristale Al jonus pakeičia Ti ir Fe jonai, kristalas atrodo mėlynas ir vadinamas safyru. Jei juos pakeičia Cr jonai, jis atrodo raudonas ir vadinamas rubinu. Tačiau pramoninis safyras yra grynas α-Al₂O₃, bespalvis ir skaidrus, be priemaišų.
Pramoninis safyras paprastai būna 400–700 μm storio ir 4–8 colių skersmens plokštelių pavidalo. Jos vadinamos plokštelėmis ir yra pjaustomos iš kristalų luitų. Žemiau parodytas ką tik ištrauktas luitas iš monokristalo krosnies, dar nešlifuotas ar nešlifuotas.
2018 m. Vidinėje Mongolijoje įsikūrusi „Jinghui Electronic Company“ sėkmingai išaugino didžiausią pasaulyje 450 kg sveriantį itin didelį safyro kristalą. Ankstesnis didžiausias safyro kristalas pasaulyje buvo 350 kg sveriantis kristalas, pagamintas Rusijoje. Kaip matyti paveikslėlyje, šis kristalas yra taisyklingos formos, visiškai skaidrus, be įtrūkimų ir grūdelių ribų, jame mažai burbuliukų.
2. Monokristalinis silicis
Šiuo metu integruotų grandynų lustams naudojamas monokristalinis silicis yra 99,9999999–99,999999999 % (9–11 devynių) grynumo, o 420 kg silicio luitas turi išlaikyti tobulą, deimantui panašią struktūrą. Gamtoje net vieno karato (200 mg) deimantas yra gana retas.
Pasaulinėje monokristalinių silicio luitų gamyboje dominuoja penkios pagrindinės įmonės: Japonijos „Shin-Etsu“ (28,0 %), Japonijos „SUMCO“ (21,9 %), Taivano „GlobalWafers“ (15,1 %), Pietų Korėjos „SK Siltron“ (11,6 %) ir Vokietijos „Siltronic“ (11,3 %). Net didžiausia puslaidininkinių plokštelių gamintoja žemyninėje Kinijoje NSIG užima tik apie 2,3 % rinkos dalies. Nepaisant to, kaip naujokė, jos potencialo nereikėtų nuvertinti. 2024 m. NSIG planuoja investuoti į projektą, skirtą 300 mm silicio plokštelių, skirtų integriniams grandynams, gamybai atnaujinti, o bendra investicijų suma siekia 13,2 mlrd. jenų.
Kaip lustų žaliava, didelio grynumo monokristaliniai silicio luitai kinta nuo 6 iki 12 colių skersmens. Pirmaujančios tarptautinės lustų liejyklos, tokios kaip TSMC ir „GlobalFoundries“, gamina lustus iš 12 colių silicio plokštelių, kurie yra pagrindinė rinkos dalis, o 8 colių plokštelės palaipsniui atsisakoma. Vietinė lyderė SMIC vis dar daugiausia naudoja 6 colių plokšteles. Šiuo metu tik Japonijos „SUMCO“ gali gaminti didelio grynumo 12 colių plokštelių substratus.
3. Galio arsenidas
Galio arsenido (GaAs) plokštelės yra svarbi puslaidininkinė medžiaga, o jų dydis yra labai svarbus parametras gamybos procese.
Šiuo metu GaAs plokštelės paprastai gaminamos 2 colių, 3 colių, 4 colių, 6 colių, 8 colių ir 12 colių dydžių. Tarp jų 6 colių plokštelės yra viena iš plačiausiai naudojamų specifikacijų.
Didžiausias horizontaliojo Bridžmano (HB) metodu išaugintų monokristalų skersmuo paprastai yra 3 coliai, o skystyje kapsuliuoto Čochralskio (LEC) metodu galima gauti iki 12 colių skersmens monokristalus. Tačiau LEC auginimas reikalauja didelių įrangos sąnaudų ir duoda netolygius kristalus su dideliu dislokacijų tankiu. Vertikalaus gradiento užšaldymo (VGF) ir vertikalaus Bridžmano (VB) metodais šiuo metu galima gauti iki 8 colių skersmens monokristalus, pasižyminčius santykinai vienoda struktūra ir mažesniu dislokacijų tankiu.
4 colių ir 6 colių pusiau izoliuojančių GaAs poliruotų plokštelių gamybos technologiją daugiausia įvaldė trys įmonės: Japonijos „Sumitomo Electric Industries“, Vokietijos „Freiberger Compound Materials“ ir JAV „AXT“. Iki 2015 m. 6 colių pagrindai jau sudarė daugiau nei 90 % rinkos dalies.
2019 m. pasaulinėje GaAs substratų rinkoje dominavo „Freiberger“, „Sumitomo“ ir „Beijing Tongmei“, kurių rinkos dalys atitinkamai sudarė 28 %, 21 % ir 13 %. Remiantis konsultacijų bendrovės „Yole“ skaičiavimais, pasauliniai GaAs substratų pardavimai (perskaičiuoti į 2 colių ekvivalentus) 2019 m. pasiekė maždaug 20 mln. vienetų ir prognozuojama, kad iki 2025 m. jie viršys 35 mln. vienetų. Pasaulinė GaAs substratų rinka 2019 m. buvo įvertinta apie 200 mln. JAV dolerių ir tikimasi, kad iki 2025 m. ji pasieks 348 mln. JAV dolerių, o bendras metinis augimo tempas (CAGR) nuo 2019 iki 2025 m. sieks 9,67 %.
4. Silicio karbido monokristalas
Šiuo metu rinka gali visiškai palaikyti 2 colių ir 3 colių skersmens silicio karbido (SiC) monokristalų augimą. Daugelis įmonių pranešė apie sėkmingą 4 colių 4H tipo SiC monokristalų augimą, o tai rodo, kad Kinija pasiekė pasaulinio lygio SiC kristalų auginimo technologijų srityje. Tačiau iki komercializavimo dar yra didelis atotrūkis.
Paprastai skystosios fazės metodais užauginti SiC luitai yra santykinai maži, jų storis siekia centimetrą. Tai taip pat yra viena iš SiC plokštelių didelės kainos priežasčių.
„XKH“ specializuojasi pagrindinių puslaidininkinių medžiagų, įskaitant safyrą, silicio karbidą (SiC), silicio plokšteles ir keramiką, tyrimuose ir plėtroje bei individualiame apdirbime, apimančioje visą vertės grandinę – nuo kristalų auginimo iki tikslaus apdirbimo. Pasitelkdami integruotus pramoninius pajėgumus, tiekiame didelio našumo safyro plokšteles, silicio karbido substratus ir itin didelio grynumo silicio plokšteles, kurias papildo individualūs sprendimai, tokie kaip individualus pjovimas, paviršiaus dengimas ir sudėtingos geometrijos gamyba, siekiant patenkinti ekstremalius aplinkos reikalavimus lazerių sistemose, puslaidininkių gamyboje ir atsinaujinančios energijos taikymuose.
Laikantis kokybės standartų, mūsų gaminiai pasižymi mikronų lygio tikslumu, >1500 °C terminiu stabilumu ir puikiu atsparumu korozijai, užtikrinant patikimumą atšiauriomis eksploatavimo sąlygomis. Be to, tiekiame kvarco substratus, metalines / nemetalines medžiagas ir kitus puslaidininkinius komponentus, kurie suteikia galimybę klientams įvairiose pramonės šakose sklandžiai pereiti nuo prototipų kūrimo prie masinės gamybos.
Įrašo laikas: 2025 m. rugpjūčio 29 d.