Monokristāli dabā ir reti sastopami, un pat ja tie sastopami, tie parasti ir ļoti mazi — parasti milimetru (mm) mērogā — un grūti iegūstami. Ziņotie dimanti, smaragdi, ahāti utt. parasti nenonāk tirgus apritē, nemaz nerunājot par rūpniecisku pielietojumu; lielākā daļa tiek izstādīti muzejos izstādēm. Tomēr dažiem monokristāliem ir ievērojama rūpnieciskā vērtība, piemēram, monokristāla silīcijam integrēto shēmu rūpniecībā, safīram, ko parasti izmanto optiskajās lēcās, un silīcija karbīdam, kas iegūst arvien lielāku popularitāti trešās paaudzes pusvadītājos. Spēja rūpnieciski ražot šos monokristālus masveidā ne tikai atspoguļo spēku rūpnieciskajās un zinātniskajās tehnoloģijās, bet arī ir bagātības simbols. Galvenā prasība monokristālu ražošanai rūpniecībā ir liels izmērs, jo tas ir galvenais, lai efektīvāk samazinātu izmaksas. Zemāk ir minēti daži tirgū bieži sastopamie monokristāli:
1. Safīra monokristāls
Safīra monokristāls ir α-Al₂O₃, kam ir sešstūra kristālu sistēma, Mosa cietība 9 un stabilas ķīmiskās īpašības. Tas nešķīst skābos vai sārmainos kodīgos šķidrumos, ir izturīgs pret augstām temperatūrām un tam ir lieliska gaismas caurlaidība, siltumvadītspēja un elektriskā izolācija.
Ja kristālā Al jonus aizstāj ar Ti un Fe joniem, kristāls izskatās zils un to sauc par safīru. Ja tos aizstāj ar Cr joniem, tas izskatās sarkans un to sauc par rubīnu. Tomēr rūpnieciskais safīrs ir tīrs α-Al₂O₃, bezkrāsains un caurspīdīgs, bez piemaisījumiem.
Rūpnieciskais safīrs parasti ir plāksnīšu formā, kuru biezums ir 400–700 μm un diametrs 4–8 collas. Tās sauc par plāksnītēm, un tās tiek izgrieztas no kristāla stieņiem. Zemāk ir parādīts svaigi izvilkts lietnis no monokristāla krāsns, kas vēl nav pulēts vai griezts.
2018. gadā Iekšējās Mongolijas uzņēmums Jinghui Electronic Company veiksmīgi izaudzēja pasaulē lielāko 450 kg smago īpaši lielā izmēra safīra kristālu. Iepriekšējais lielākais safīra kristāls pasaulē bija 350 kg smags kristāls, kas ražots Krievijā. Kā redzams attēlā, šim kristālam ir regulāra forma, tas ir pilnīgi caurspīdīgs, bez plaisām un graudu robežām, un tam ir maz burbuļu.
2. Monokristāla silīcijs
Pašlaik integrēto shēmu mikroshēmās izmantotā monokristāla silīcija tīrība ir no 99,9999999% līdz 99,999999999% (9–11 deviņi), un 420 kg smagam silīcija stieņam ir jāuztur dimantam līdzīga perfekta struktūra. Dabā pat viena karāta (200 mg) dimants ir relatīvi reti sastopams.
Globālajā monokristāla silīcija stieņu ražošanā dominē pieci lieli uzņēmumi: Japānas Shin-Etsu (28,0%), Japānas SUMCO (21,9%), Taivānas GlobalWafers (15,1%), Dienvidkorejas SK Siltron (11,6%) un Vācijas Siltronic (11,3%). Pat lielākajam pusvadītāju plākšņu ražotājam kontinentālajā Ķīnā NSIG pieder tikai aptuveni 2,3% tirgus daļas. Tomēr, būdams jaunpienācējs, tā potenciālu nevajadzētu novērtēt par zemu. 2024. gadā NSIG plāno ieguldīt projektā, lai modernizētu 300 mm silīcija plākšņu ražošanu integrētajām shēmām, un kopējās investīcijas tiek lēstas 13,2 miljardu jenu apmērā.
Kā mikroshēmu izejviela, augstas tīrības pakāpes monokristāla silīcija stieņi attīstās no 6 collām līdz 12 collām diametrā. Vadošās starptautiskās mikroshēmu lietuves, piemēram, TSMC un GlobalFoundries, ražo mikroshēmas no 12 collu silīcija plāksnēm, kas ir tirgus pamatsastāvdaļas, savukārt 8 collu plāksnītes pakāpeniski tiek izņemtas no aprites. Vietējais līderis SMIC joprojām galvenokārt izmanto 6 collu plāksnītes. Pašlaik tikai Japānas SUMCO var ražot augstas tīrības pakāpes 12 collu plākšņu substrātus.
3. Gallija arsenīds
Gallija arsenīda (GaAs) plāksnes ir svarīgs pusvadītāju materiāls, un to izmērs ir kritisks parametrs sagatavošanas procesā.
Pašlaik GaAs plāksnes parasti tiek ražotas 2 collu, 3 collu, 4 collu, 6 collu, 8 collu un 12 collu izmēros. Starp tām 6 collu plāksnes ir viena no visplašāk izmantotajām specifikācijām.
Ar horizontālo Bridžmena (HB) metodi audzētu monokristālu maksimālais diametrs parasti ir 3 collas, savukārt ar šķidrumā iekapsulēto Čohraļski (LEC) metodi var iegūt monokristālus līdz 12 collu diametrā. Tomēr LEC audzēšanai ir nepieciešamas augstas aprīkojuma izmaksas, un tā iegūst kristālus ar nevienmērīgumu un augstu dislokāciju blīvumu. Vertikālās gradienta sasaldēšanas (VGF) un vertikālās Bridžmena (VB) metodes pašlaik var iegūt monokristālus līdz 8 collu diametrā ar relatīvi vienmērīgu struktūru un zemāku dislokāciju blīvumu.
4 collu un 6 collu daļēji izolējošu pulētu GaAs plākšņu ražošanas tehnoloģiju galvenokārt apgūst trīs uzņēmumi: Japānas Sumitomo Electric Industries, Vācijas Freiberger Compound Materials un ASV AXT. Līdz 2015. gadam 6 collu substrāti jau veidoja vairāk nekā 90% no tirgus daļas.
2019. gadā globālajā GaAs substrātu tirgū dominēja Freiberger, Sumitomo un Beijing Tongmei ar tirgus daļām attiecīgi 28%, 21% un 13%. Saskaņā ar konsultāciju firmas Yole aplēsēm, GaAs substrātu globālais pārdošanas apjoms (konvertēts uz 2 collu ekvivalentiem) 2019. gadā sasniedza aptuveni 20 miljonus vienību, un tiek prognozēts, ka līdz 2025. gadam tas pārsniegs 35 miljonus vienību. Globālā GaAs substrātu tirgus vērtība 2019. gadā tika novērtēta aptuveni 200 miljonu ASV dolāru apmērā, un tiek prognozēts, ka līdz 2025. gadam tas sasniegs 348 miljonus ASV dolāru, un saliktais gada pieauguma temps (CAGR) no 2019. līdz 2025. gadam bija 9,67%.
4. Silīcija karbīda monokristāls
Pašlaik tirgus var pilnībā atbalstīt 2 collu un 3 collu diametra silīcija karbīda (SiC) monokristālu augšanu. Daudzi uzņēmumi ir ziņojuši par veiksmīgu 4 collu 4H tipa SiC monokristālu augšanu, kas iezīmē Ķīnas sasniegumu pasaules līmeņa SiC kristālu audzēšanas tehnoloģijā. Tomēr līdz komercializācijai joprojām pastāv ievērojama plaisa.
Parasti ar šķidrfāzes metodēm audzētie SiC stieņi ir relatīvi mazi, to biezums ir centimetru līmenī. Tas ir arī viens no SiC plākšņu augsto izmaksu iemesliem.
XKH specializējas pusvadītāju materiālu, tostarp safīra, silīcija karbīda (SiC), silīcija plākšņu un keramikas, pētniecībā un attīstībā, kā arī pielāgotā apstrādē, aptverot visu vērtību ķēdi no kristālu audzēšanas līdz precīzai apstrādei. Izmantojot integrētās rūpnieciskās iespējas, mēs piedāvājam augstas veiktspējas safīra plāksnītes, silīcija karbīda substrātus un īpaši augstas tīrības pakāpes silīcija plāksnītes, ko atbalsta pielāgoti risinājumi, piemēram, pielāgota griešana, virsmas pārklāšana un sarežģītas ģeometrijas izgatavošana, lai apmierinātu ekstremālas vides prasības lāzersistēmās, pusvadītāju ražošanā un atjaunojamās enerģijas lietojumprogrammās.
Ievērojot kvalitātes standartus, mūsu produktiem ir mikronu līmeņa precizitāte, termiskā stabilitāte >1500°C un izcila izturība pret koroziju, nodrošinot uzticamību skarbos ekspluatācijas apstākļos. Turklāt mēs piegādājam kvarca substrātus, metāla/nemetāliskus materiālus un citus pusvadītāju līmeņa komponentus, nodrošinot nemanāmu pāreju no prototipu izgatavošanas uz masveida ražošanu klientiem dažādās nozarēs.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 29. augusts