Monokristali so v naravi redki in tudi ko se pojavijo, so običajno zelo majhni – običajno v milimetrskem merilu (mm) – in jih je težko dobiti. Diamanti, smaragdi, agati itd., o katerih poročajo, običajno ne pridejo v promet, kaj šele v industrijsko uporabo; večina je razstavljenih v muzejih. Vendar pa imajo nekateri monokristali pomembno industrijsko vrednost, kot so monokristalni silicij v industriji integriranih vezij, safir, ki se pogosto uporablja v optičnih lečah, in silicijev karbid, ki pridobiva na veljavi v polprevodnikih tretje generacije. Zmožnost množične industrijske proizvodnje teh monokristalov ne predstavlja le moči v industrijski in znanstveni tehnologiji, temveč je tudi simbol bogastva. Primarna zahteva za proizvodnjo monokristalov v industriji je velika velikost, saj je to ključnega pomena za učinkovitejše zmanjševanje stroškov. Spodaj je navedenih nekaj pogosto srečljivih monokristalov na trgu:
1. Monokristal safirja
Monokristal safirja se nanaša na α-Al₂O₃, ki ima heksagonalni kristalni sistem, Mohsovo trdoto 9 in stabilne kemijske lastnosti. Je netopen v kislih ali alkalnih korozivnih tekočinah, odporen na visoke temperature ter ima odlično prepustnost svetlobe, toplotno prevodnost in električno izolacijo.
Če so ioni Al v kristalu nadomeščeni z ioni Ti in Fe, je kristal videti moder in se imenuje safir. Če so nadomeščeni z ioni Cr, je videti rdeč in se imenuje rubin. Industrijski safir pa je čisti α-Al₂O₃, brezbarven in prozoren, brez nečistoč.
Industrijski safir je običajno v obliki rezin, debelih od 400 do 700 μm in premera od 4 do 8 palcev. Te so znane kot rezine in so izrezane iz kristalnih ingotov. Spodaj je prikazan sveže izvlečen ingot iz peči za monokristal, ki še ni poliran ali brušen.
Leta 2018 je podjetje Jinghui Electronic Company v Notranji Mongoliji uspešno vzgojilo največji ultra veliki safirni kristal na svetu, težak 450 kg. Prejšnji največji safirni kristal na svetu je bil 350 kg težak kristal, proizveden v Rusiji. Kot je razvidno na sliki, ima ta kristal pravilne oblike, je popolnoma prozoren, brez razpok in meja zrn ter ima malo mehurčkov.
2. Monokristalni silicij
Trenutno ima monokristalni silicij, ki se uporablja za integrirana vezja, čistost od 99,9999999 % do 99,999999999 % (9–11 devetk), 420 kg silicijev ingot pa mora ohraniti diamantu podobno popolno strukturo. V naravi je celo enokaratni (200 mg) diamant relativno redek.
Svetovno proizvodnjo ingotov iz monokristalnega silicija obvladuje pet večjih podjetij: japonski Shin-Etsu (28,0 %), japonski SUMCO (21,9 %), tajvanski GlobalWafers (15,1 %), južnokorejski SK Siltron (11,6 %) in nemški Siltronic (11,3 %). Celo največji proizvajalec polprevodniških rezin na celinski Kitajski, NSIG, ima le približno 2,3-odstotni tržni delež. Kljub temu pa njegovega potenciala kot novinca ne gre podcenjevati. Leta 2024 namerava NSIG investirati v projekt nadgradnje proizvodnje 300 mm silicijevih rezin za integrirana vezja, s predvideno skupno naložbo v višini 13,2 milijarde jenov.
Kot surovina za čipe se visoko čiste monokristalne silicijeve palice razvijajo od 6-palčnih do 12-palčnih premerov. Vodilne mednarodne livarne čipov, kot sta TSMC in GlobalFoundries, izdelujejo čipe iz 12-palčnih silicijevih rezin kot mainstream na trgu, medtem ko se 8-palčne rezine postopoma opuščajo. Vodilni domači proizvajalec SMIC še vedno uporablja predvsem 6-palčne rezine. Trenutno lahko le japonski SUMCO proizvaja visoko čiste 12-palčne substrate za rezine.
3. Galijev arzenid
Rezine galijevega arzenida (GaAs) so pomemben polprevodniški material, njihova velikost pa je ključni parameter v procesu priprave.
Trenutno se rezine GaAs običajno proizvajajo v velikostih 2 palca, 3 palca, 4 palca, 6 palcev, 8 palcev in 12 palcev. Med njimi so rezine s premerom 6 palcev ena najbolj razširjenih specifikacij.
Največji premer monokristalov, vzgojenih z metodo Horizontal Bridgman (HB), je običajno 7,6 cm, medtem ko lahko metoda Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) proizvede monokristale s premerom do 30 cm. Vendar pa rast LEC zahteva visoke stroške opreme in daje kristale z neenakomernostjo in visoko gostoto dislokacij. Metodi Vertical Gradient Freeze (VGF) in Vertical Bridgman (VB) lahko trenutno proizvedeta monokristale s premerom do 20 cm, z relativno enakomerno strukturo in nižjo gostoto dislokacij.
Proizvodno tehnologijo za 4-palčne in 6-palčne polirano izolacijsko polirane GaAs rezine obvladajo predvsem tri podjetja: japonsko Sumitomo Electric Industries, nemško Freiberger Compound Materials in ameriško AXT. Do leta 2015 so 6-palčne podlage predstavljale že več kot 90 % tržnega deleža.
Leta 2019 so na svetovnem trgu substratov GaAs prevladovali Freiberger, Sumitomo in Beijing Tongmei s tržnimi deleži 28 %, 21 % oziroma 13 %. Po ocenah svetovalnega podjetja Yole je svetovna prodaja substratov GaAs (preračunano v 2-palčne ekvivalente) leta 2019 dosegla približno 20 milijonov kosov, do leta 2025 pa naj bi presegla 35 milijonov kosov. Svetovni trg substratov GaAs je bil leta 2019 ocenjen na približno 200 milijonov dolarjev in naj bi do leta 2025 dosegel 348 milijonov dolarjev, s sestavljeno letno stopnjo rasti (CAGR) 9,67 % od leta 2019 do 2025.
4. Monokristal silicijevega karbida
Trenutno lahko trg v celoti podpira rast monokristalov silicijevega karbida (SiC) s premerom 2 in 3 palce. Številna podjetja so poročala o uspešni rasti 4-palčnih monokristalov SiC tipa 4H, kar pomeni, da je Kitajska dosegla svetovno raven tehnologije rasti kristalov SiC. Vendar pa je do komercializacije še vedno precejšnja vrzel.
Na splošno so ingoti SiC, vzgojeni s tekočefaznimi metodami, relativno majhni, z debelino na ravni centimetra. To je tudi razlog za visoke stroške SiC rezin.
XKH je specializiran za raziskave in razvoj ter prilagojeno obdelavo polprevodniških materialov, vključno s safirjem, silicijevim karbidom (SiC), silicijevimi rezinami in keramiko, kar pokriva celotno vrednostno verigo od rasti kristalov do natančne obdelave. Z izkoriščanjem integriranih industrijskih zmogljivosti zagotavljamo visokozmogljive safirne rezine, silicijev karbidne substrate in ultra čiste silicijeve rezine, ki jih podpirajo prilagojene rešitve, kot so rezanje po meri, površinski premazi in izdelava kompleksne geometrije, da bi zadostili ekstremnim okoljskim zahtevam v laserskih sistemih, izdelavi polprevodnikov in aplikacijah za obnovljive vire energije.
Naši izdelki, ki se držijo standardov kakovosti, se odlikujejo z natančnostjo na mikronski ravni, toplotno stabilnostjo >1500 °C in vrhunsko odpornostjo proti koroziji, kar zagotavlja zanesljivost v težkih obratovalnih pogojih. Poleg tega dobavljamo kremenčeve substrate, kovinske/nekovinske materiale in druge polprevodniške komponente, kar strankam v različnih panogah omogoča nemoten prehod od izdelave prototipov do množične proizvodnje.
Čas objave: 29. avg. 2025