Монокристалдар табиғатта сирек кездеседі, тіпті олар пайда болған кезде де, әдетте өте кішкентай - әдетте миллиметр (мм) масштабында - және оларды алу қиын. Хабарланған гауһар тастар, изумрудтар, агаттар және т.б., әдетте, нарық айналымына енбейді, өнеркәсіптік қолданыстарды айтпағанда; көпшілігі көрмелер үшін мұражайларда көрсетіледі. Дегенмен, кейбір монокристалдар айтарлықтай өнеркәсіптік құндылыққа ие, мысалы, интегралдық микросхема өнеркәсібіндегі монокристалды кремний, оптикалық линзаларда жиі қолданылатын сапфир және үшінші буын жартылай өткізгіштерінде қарқын алып келе жатқан кремний карбиді. Бұл монокристалдарды өнеркәсіптік түрде жаппай өндіру мүмкіндігі тек өнеркәсіптік және ғылыми технологиядағы күшті ғана емес, сонымен қатар байлықтың символы болып табылады. Өнеркәсіпте монокристалл өндірісінің негізгі талабы - үлкен өлшем, себебі бұл шығындарды тиімдірек төмендетудің кілті. Төменде нарықта жиі кездесетін монокристалдардың кейбірі келтірілген:
1. Сапфир монокристалы
Сапфир монокристалы алтыбұрышты кристалды жүйеге, Мохс қаттылығы 9-ға тең және тұрақты химиялық қасиеттеріне ие α-Al₂O₃-қа жатады. Ол қышқыл немесе сілтілі коррозиялық сұйықтықтарда ерімейді, жоғары температураға төзімді және тамаша жарық өткізгіштікке, жылу өткізгіштікке және электр оқшаулауына ие.
Егер кристалдағы Al иондары Ti және Fe иондарымен алмастырылса, кристалл көк болып көрінеді және сапфир деп аталады. Егер Cr иондарымен алмастырылса, ол қызыл болып көрінеді және лағыл деп аталады. Дегенмен, өнеркәсіптік сапфир таза α-Al₂O₃, түссіз және мөлдір, қоспасыз.
Өнеркәсіптік сапфир әдетте қалыңдығы 400–700 мкм және диаметрі 4–8 дюйм болатын пластиналар түрінде болады. Бұлар пластиналар деп аталады және кристалды құймалардан кесіледі. Төменде монокристалды пештен алынған, әлі жылтыратылмаған немесе кесілмеген жаңадан алынған құйма көрсетілген.
2018 жылы Ішкі Моңғолиядағы Jinghui Electronic компаниясы әлемдегі ең үлкен 450 кг ультра үлкен өлшемді сапфир кристалын сәтті өсірді. Бұған дейінгі әлемдегі ең үлкен сапфир кристалы Ресейде өндірілген 350 кг кристал болған. Суретте көрсетілгендей, бұл кристалдың пішіні дұрыс, толығымен мөлдір, жарықтар мен түйіршіктер шекаралары жоқ және көпіршіктері аз.
2. Бір кристалды кремний
Қазіргі уақытта интегралдық микросхемалар үшін қолданылатын монокристалды кремнийдің тазалығы 99,9999999%-дан 99,99999999%-ға дейін (9–11 тоғыз), ал 420 кг кремний құймасы гауһар тәрізді мінсіз құрылымды сақтауы керек. Табиғатта тіпті бір караттық (200 мг) гауһар да салыстырмалы түрде сирек кездеседі.
Монокристалды кремний құймаларының әлемдік өндірісінде бес ірі компания басым: Жапонияның Shin-Etsu (28,0%), Жапонияның SUMCO (21,9%), Тайваньның GlobalWafers (15,1%), Оңтүстік Кореяның SK Siltron (11,6%) және Германияның Siltronic (11,3%). Тіпті Қытайдың құрлықтық бөлігіндегі ең ірі жартылай өткізгіш пластина өндірушісі NSIG нарық үлесінің тек 2,3%-ын ғана иеленеді. Дегенмен, жаңадан келген компания ретінде оның әлеуетін бағаламауға болмайды. 2024 жылы NSIG интегралды схемаларға арналған 300 мм кремний пластинасын өндіруді жаңарту жобасына инвестиция салуды жоспарлап отыр, оның жалпы инвестициясы ¥13,2 млрд.
Чиптерге арналған шикізат ретінде жоғары тазалықтағы монокристалды кремний құймалары 6 дюймнен 12 дюймге дейін дамып келеді. TSMC және GlobalFoundries сияқты жетекші халықаралық чип құю зауыттары нарықта 12 дюймдік кремний пластиналарынан чиптер жасауда, ал 8 дюймдік пластиналар біртіндеп алынып тасталуда. Отандық көшбасшы SMIC әлі де негізінен 6 дюймдік пластиналарды пайдаланады. Қазіргі уақытта тек Жапонияның SUMCO компаниясы ғана жоғары тазалықтағы 12 дюймдік пластина негіздерін шығара алады.
3. Галлий арсениді
Галлий арсениді (GaAs) пластиналары маңызды жартылай өткізгіш материал болып табылады және олардың өлшемдері дайындау процесінде маңызды параметр болып табылады.
Қазіргі уақытта GaAs пластиналары әдетте 2 дюйм, 3 дюйм, 4 дюйм, 6 дюйм, 8 дюйм және 12 дюйм өлшемдерінде шығарылады. Олардың ішінде 6 дюймдік пластиналар ең кең таралған сипаттамалардың бірі болып табылады.
Горизонтальды Бриджман (HB) әдісімен өсірілген монокристалдардың максималды диаметрі әдетте 3 дюймді құрайды, ал сұйық капсулаланған Чохральски (LEC) әдісі диаметрі 12 дюймге дейінгі монокристалдарды шығара алады. Дегенмен, LEC өсіру үшін жоғары жабдық шығындары қажет және біркелкі емес және жоғары дислокация тығыздығы бар кристалдар алынады. Тік градиенттік мұздату (VGF) және тік Бриджман (VB) әдістері қазіргі уақытта диаметрі 8 дюймге дейінгі, салыстырмалы түрде біркелкі құрылымды және дислокация тығыздығы төмен монокристалдарды шығара алады.
4 дюймдік және 6 дюймдік жартылай оқшаулағыш GaAs жылтыратылған пластиналарын өндіру технологиясын негізінен үш компания игереді: Жапонияның Sumitomo Electric Industries, Германияның Freiberger Compound Materials және АҚШ-тың AXT. 2015 жылға қарай 6 дюймдік негіздер нарық үлесінің 90%-дан астамын құрады.
2019 жылы әлемдік GaAs субстрат нарығында Freiberger, Sumitomo және Beijing Tongmei компаниялары басым болды, олардың нарықтағы үлесі сәйкесінше 28%, 21% және 13% болды. Yole консалтингтік фирмасының бағалауы бойынша, GaAs субстраттарының әлемдік сатылымы (2 дюймдік эквиваленттерге айналдырылған) 2019 жылы шамамен 20 миллион данаға жетті және 2025 жылға қарай 35 миллион данаға жетеді деп болжануда. Әлемдік GaAs субстрат нарығы 2019 жылы шамамен 200 миллион долларға бағаланды және 2025 жылға қарай 348 миллион долларға жетеді деп күтілуде, ал 2019 жылдан 2025 жылға дейін жылдық өсу қарқыны (CAGR) 9,67% құрайды.
4. Кремний карбидінің монокристалы
Қазіргі уақытта нарық диаметрі 2 дюймдік және 3 дюймдік кремний карбиді (SiC) монокристалдарының өсуін толықтай қолдай алады. Көптеген компаниялар 4 дюймдік 4H типті SiC монокристалдарының сәтті өсуі туралы хабарлады, бұл Қытайдың SiC кристалдарын өсіру технологиясында әлемдік деңгейге жеткенін білдіреді. Дегенмен, коммерцияландыру алдында әлі де айтарлықтай алшақтық бар.
Әдетте, сұйық фазалы әдістермен өсірілген SiC құймалары салыстырмалы түрде кішкентай, қалыңдығы сантиметр деңгейінде болады. Бұл сондай-ақ SiC пластиналарының жоғары құнының себебі болып табылады.
XKH компаниясы сапфир, кремний карбиді (SiC), кремний пластиналары және керамика сияқты негізгі жартылай өткізгіш материалдарды ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстарға маманданған, кристалды өсіруден бастап дәл өңдеуге дейінгі толық құндылық тізбегін қамтиды. Интеграцияланған өнеркәсіптік мүмкіндіктерді пайдалана отырып, біз лазерлік жүйелерде, жартылай өткізгіштерді жасауда және жаңартылатын энергия көздерін қолдануда қоршаған ортаның экстремалды талаптарын қанағаттандыру үшін арнайы кесу, беткі жабын және күрделі геометрияны жасау сияқты арнайы шешімдермен қолдау көрсетілетін жоғары өнімді сапфир пластиналарын, кремний карбиді негіздерін және аса жоғары тазалықтағы кремний пластиналарын ұсынамыз.
Сапа стандарттарына сәйкес, біздің өнімдеріміз микрон деңгейіндегі дәлдікке, >1500°C термиялық тұрақтылыққа және жоғары коррозияға төзімділікке ие, бұл қатал жұмыс жағдайларында сенімділікті қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, біз кварц негіздерін, металл/металл емес материалдарды және басқа да жартылай өткізгіш сыныпты компоненттерді жеткіземіз, бұл әртүрлі салалардағы клиенттер үшін прототиптеуден жаппай өндіріске үздіксіз өтуді қамтамасыз етеді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 29 тамыз