Monokristallid on looduses haruldased ja isegi kui neid leidub, on nad tavaliselt väga väikesed – tavaliselt millimeetri (mm) skaalal – ja neid on raske hankida. Teatatud teemandid, smaragdid, ahhaadid jne ei jõua üldiselt turule, rääkimata tööstuslikest rakendustest; enamikku neist eksponeeritakse muuseumides. Siiski on mõnel monokristallil märkimisväärne tööstuslik väärtus, näiteks integraallülituste tööstuses kasutatav monokristall räni, optilistes läätsedes tavaliselt kasutatav safiir ja ränikarbiid, mis on kolmanda põlvkonna pooljuhtides hoogu kogumas. Nende monokristallide tööstusliku masstootmise võime ei esinda mitte ainult tugevust tööstus- ja teadustehnoloogias, vaid on ka rikkuse sümbol. Monokristallide tootmise peamine nõue tööstuses on suur suurus, kuna see on kulude tõhusama vähendamise võti. Allpool on toodud mõned turul levinud monokristallid:
1. Safiirmonokristall
Safiirmonokristall viitab α-Al₂O₃-le, millel on kuusnurkne kristallsüsteem, Mohsi kõvadus 9 ja stabiilsed keemilised omadused. See ei lahustu happelistes ega aluselistes söövitavates vedelikes, on vastupidav kõrgetele temperatuuridele ning omab suurepärast valguse läbilaskvust, soojusjuhtivust ja elektriisolatsiooni.
Kui kristallis olevad Al-ioonid on asendatud Ti- ja Fe-ioonidega, on kristall sinine ja seda nimetatakse safiiriks. Kui need on asendatud Cr-ioonidega, on see punane ja seda nimetatakse rubiiniks. Tööstuslik safiir on aga puhas α-Al₂O₃, värvitu ja läbipaistev, ilma lisanditeta.
Tööstuslik safiir on tavaliselt vahvlite kujul, mille paksus on 400–700 μm ja läbimõõt 4–8 tolli. Neid nimetatakse vahvliteks ja need lõigatakse kristallvaluplokkidest. Allpool on näidatud värskelt tõmmatud valuplokk monokristalli ahjust, mis on veel poleerimata või lõigatud.
2018. aastal kasvatas Sise-Mongoolias asuv Jinghui Electronic Company edukalt maailma suurima 450 kg kaaluva ülisuure safiirkristalli. Eelmine maailma suurim safiirkristall oli Venemaal toodetud 350 kg kaaluv kristall. Nagu pildilt näha, on sellel kristallil korrapärane kuju, see on täiesti läbipaistev, pragude ja terapiirideta ning selles on vähe mulle.
2. Monokristalliline räni
Praegu on integraallülituste kiipides kasutatava monokristallilise räni puhtusaste 99,9999999% kuni 99,999999999% (9–11 üheksat) ja 420 kg kaaluv ränivaluplokk peab säilitama teemandilaadse täiusliku struktuuri. Looduses on isegi ühekaraadine (200 mg) teemant suhteliselt haruldane.
Monokristalliliste ränivaluplokkide globaalses tootmises domineerivad viis suurt ettevõtet: Jaapani Shin-Etsu (28,0%), Jaapani SUMCO (21,9%), Taiwani GlobalWafers (15,1%), Lõuna-Korea SK Siltron (11,6%) ja Saksamaa Siltronic (11,3%). Isegi Mandri-Hiina suurimal pooljuhtplaatide tootjal NSIG-l on vaid umbes 2,3% turuosast. Sellegipoolest ei tohiks uustulnukana selle potentsiaali alahinnata. 2024. aastal plaanib NSIG investeerida projekti, mille eesmärk on uuendada 300 mm räniplaatide tootmist integraallülituste jaoks, mille hinnanguline koguinvesteering on 13,2 miljardit jeeni.
Kiipide toorainena arenevad ülipuhtad monokristallilised räni valuplokid, mille läbimõõt on 6-tollisest kuni 12-tolliseni. Juhtivad rahvusvahelised kiibivalukojad, näiteks TSMC ja GlobalFoundries, toodavad turul peamiselt 12-tollistest ränivahvlitest kiipe, samas kui 8-tollised vahvlid järk-järgult kaotatakse. Kodumaine liider SMIC kasutab endiselt peamiselt 6-tolliseid vahvleid. Praegu suudab ainult Jaapani SUMCO toota ülipuhtaid 12-tolliseid vahvlialuspindu.
3. Galliumarseniid
Galliumarseniidi (GaAs) vahvlid on oluline pooljuhtmaterjal ja nende suurus on valmistusprotsessis kriitilise tähtsusega parameeter.
Praegu toodetakse GaAs-plaate tavaliselt suurustes 2 tolli, 3 tolli, 4 tolli, 6 tolli, 8 tolli ja 12 tolli. Nende hulgas on 6-tollised plaadid ühed enimkasutatavad spetsifikatsioonid.
Horisontaalse Bridgmani (HB) meetodil kasvatatud monokristallide maksimaalne läbimõõt on üldiselt 3 tolli, samas kui vedelikkapseldatud Czochralski (LEC) meetodil on võimalik toota kuni 12 tolli läbimõõduga monokristalle. LEC kasvatamine nõuab aga suuri seadmete kulusid ja annab tulemuseks ebaühtlase struktuuri ja suure dislokatsioonitihedusega kristallid. Vertikaalse gradiendi külmutamise (VGF) ja vertikaalse Bridgmani (VB) meetodid võimaldavad praegu toota kuni 8 tolli läbimõõduga monokristalle, millel on suhteliselt ühtlane struktuur ja madalam dislokatsioonitihedus.
4- ja 6-tolliste poolisoleerivate GaAs-poleeritud vahvlite tootmistehnoloogiat valdavad peamiselt kolm ettevõtet: Jaapani Sumitomo Electric Industries, Saksamaa Freiberger Compound Materials ja USA AXT. 2015. aastaks moodustasid 6-tollised aluspinnad juba üle 90% turuosast.
2019. aastal domineerisid globaalsel GaAs-substraatide turul Freiberger, Sumitomo ja Beijing Tongmei, kelle turuosad olid vastavalt 28%, 21% ja 13%. Konsultatsioonifirma Yole hinnangul ulatus GaAs-substraatide ülemaailmne müük (ümber arvutatuna 2-tollisteks ekvivalentideks) 2019. aastal ligikaudu 20 miljoni tükkini ja prognooside kohaselt ületab see 2025. aastaks 35 miljonit tükki. Globaalse GaAs-substraatide turu väärtus oli 2019. aastal ligikaudu 200 miljonit dollarit ja eeldatavasti ulatub see 2025. aastaks 348 miljoni dollarini, kusjuures liitkasvumäär (CAGR) on aastatel 2019–2025 9,67%.
4. Ränikarbiidi monokristall
Praegu suudab turg täielikult toetada 2-tollise ja 3-tollise läbimõõduga ränikarbiidist (SiC) monokristallide kasvu. Paljud ettevõtted on teatanud 4-tolliste 4H-tüüpi SiC monokristallide edukast kasvust, mis tähistab Hiina saavutamist maailmatasemel SiC kristallide kasvutehnoloogias. Siiski on enne turustamist veel märkimisväärne vahe.
Üldiselt on vedelfaasimeetodil kasvatatud SiC valuplokid suhteliselt väikesed, paksusega sentimeetri tasemel. See on ka SiC vahvlite kõrge hinna põhjus.
XKH on spetsialiseerunud pooljuhtmaterjalide, sealhulgas safiiri, ränikarbiidi (SiC), räniplaatide ja keraamika teadus- ja arendustegevusele ning kohandatud töötlemisele, hõlmates kogu väärtusahelat kristallide kasvatamisest kuni täppistöötluseni. Kasutades integreeritud tööstuslikke võimekusi, pakume suure jõudlusega safiirplaate, ränikarbiidi aluspindu ja ülikõrge puhtusastmega räniplaate, mida toetavad kohandatud lahendused, nagu kohandatud lõikamine, pinnakate ja keeruka geomeetriaga valmistamine, et vastata äärmuslikele keskkonnanõuetele lasersüsteemides, pooljuhtide valmistamisel ja taastuvenergia rakendustes.
Meie tooted järgivad kvaliteedistandardeid, omavad mikronitaseme täpsust, termilist stabiilsust >1500°C ja suurepärast korrosioonikindlust, tagades töökindluse ka karmides töötingimustes. Lisaks tarnime kvartsist aluspindu, metall-/mittemetallilisi materjale ja muid pooljuhtkvaliteediga komponente, võimaldades klientidele erinevates tööstusharudes sujuvat üleminekut prototüüpide valmistamiselt masstootmisele.
Postituse aeg: 29. august 2025