Сапфир кристалдары тазалығы >99,995% болатын жоғары тазалықтағы алюминий оксиді ұнтағынан өсіріледі, бұл оларды жоғары тазалықтағы алюминий оксидіне ең үлкен сұранысқа ие аймаққа айналдырады. Олар жоғары беріктікке, жоғары қаттылыққа және тұрақты химиялық қасиеттерге ие, бұл оларға жоғары температура, коррозия және соққы сияқты қатал ортада жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Олар ұлттық қорғаныс, азаматтық технологиялар, микроэлектроника және басқа да салаларда кеңінен қолданылады.
Жоғары тазалықтағы алюминий оксиді ұнтағынан сапфир кристалдарына дейін
1Сапфирдің негізгі қолданылуы
Қорғаныс саласында сапфир кристалдары негізінен зымыран инфрақызыл терезелері үшін қолданылады. Қазіргі заманғы соғыс зымырандарда жоғары дәлдікті талап етеді, ал инфрақызыл оптикалық терезе бұл талапқа жету үшін маңызды компонент болып табылады. Зымырандар жоғары жылдамдықты ұшу кезінде, сондай-ақ қатал ұрыс ортасында қатты аэродинамикалық жылу мен соққыны сезінетінін ескере отырып, радом жоғары беріктікке, соққыға төзімділікке және құмнан, жаңбырдан және басқа да қатал ауа райы жағдайларынан эрозияға төтеп беру қабілетіне ие болуы керек. Тамаша жарық өткізгіштігі, жоғары механикалық қасиеттері және тұрақты химиялық сипаттамалары бар сапфир кристалдары зымыран инфрақызыл терезелері үшін тамаша материалға айналды.
Жарықдиодты субстраттар сапфирдің ең кең қолданылуын білдіреді. Жарықдиодты жарықтандыру люминесцентті және энергия үнемдейтін шамдардан кейінгі үшінші революция болып саналады. Жарықдиодтардың принципі электр энергиясын жарық энергиясына түрлендіруді қамтиды. Ток жартылай өткізгіштен өткенде, тесіктер мен электрондар бірігіп, артық энергияны жарық түрінде бөліп шығарады, сайып келгенде жарықтандыру пайда болады. Жарықдиодты чип технологиясы эпитаксиалды пластиналарға негізделген, мұнда газ тәрізді материалдар субстратқа қабат-қабат орналастырылады. Негізгі субстрат материалдарына кремний субстраттары, кремний карбиді субстраттары және сапфир субстраттары жатады. Олардың ішінде сапфир субстраттары басқа екеуіне қарағанда айтарлықтай артықшылықтарға ие, соның ішінде құрылғының тұрақтылығы, жетілген дайындау технологиясы, көрінетін жарықты сіңірмеу, жақсы жарық өткізгіштігі және орташа құны. Деректер әлемдік жарықдиодты компаниялардың 80%-ы субстрат материалы ретінде сапфирді пайдаланатынын көрсетеді.
Жоғарыда аталған қолданбалардан басқа, сапфир кристалдары ұялы телефон экрандарында, медициналық құрылғыларда, зергерлік бұйымдарды безендіруде және линзалар мен призмалар сияқты әртүрлі ғылыми анықтау құралдарына арналған терезе материалдары ретінде де қолданылады.
2. Нарық көлемі және перспективалары
Саясат қолдауы мен жарықдиодты чиптерді қолдану сценарийлерінің кеңеюіне байланысты, сапфир негіздеріне деген сұраныс және олардың нарықтық көлемі екі таңбалы өсімге жетеді деп күтілуде. 2025 жылға қарай сапфир негіздерін жеткізу көлемі 103 миллион данаға жетеді (4 дюймдік негіздерге түрлендіріледі), бұл 2021 жылмен салыстырғанда 63%-ға өсуді білдіреді, ал 2021 жылдан 2025 жылға дейін жылдық өсу қарқыны (CAGR) 13%-ды құрайды. Сапфир негіздері нарығының көлемі 2025 жылға қарай 8 миллиард иенге жетеді деп күтілуде, бұл 2021 жылмен салыстырғанда 108%-ға өсу, ал 2021 жылдан 2025 жылға дейін CAGR 20%-ды құрайды. Субстраттардың «алғышарты» ретінде сапфир кристалдарының нарықтық көлемі мен өсу үрдісі айқын көрінеді.
3. Сапфир кристалдарын дайындау
1891 жылы француз химигі А. Верней алғаш рет жасанды асыл тас кристалдарын алу үшін жалынмен балқыту әдісін ойлап тапқаннан бері жасанды сапфир кристалдарын өсіруді зерттеу бір ғасырдан астам уақытқа созылды. Осы кезеңде ғылым мен техниканың жетістіктері кристалдардың сапасын арттыру, пайдалану көрсеткіштерін жақсарту және өндіріс шығындарын азайту үшін өнеркәсіптік талаптарды қанағаттандыру үшін сапфир өсіру әдістерін кеңінен зерттеуге түрткі болды. Сапфир кристалдарын өсіру үшін Чохральский әдісі, Киропулос әдісі, жиекпен анықталған пленкамен қоректенетін өсіру (EFG) әдісі және жылу алмасу әдісі (HEM) сияқты әртүрлі жаңа әдістер мен технологиялар пайда болды.
3.1 Сапфир кристалдарын өсірудің Чохральский әдісі
1918 жылы Чохралски Дж. алғаш рет енгізген Чохралски әдісі Чохралски әдісі (қысқартылған түрде Cz әдісі) ретінде де белгілі. 1964 жылы Поладино А.Э. мен Роттер Б.Д. бұл әдісті алғаш рет сапфир кристалдарын өсіру үшін қолданды. Бүгінгі күнге дейін ол көптеген жоғары сапалы сапфир кристалдарын шығарды. Принцип шикізатты балқыма жасау үшін балқытуды, содан кейін балқыма бетіне монокристалл тұқымын батыруды қамтиды. Қатты-сұйықтық шекарасындағы температура айырмашылығына байланысты аса салқындату орын алады, бұл балқыма тұқым бетінде қатып, тұқыммен бірдей кристалдық құрылымы бар монокристаллды өсіре бастайды. Тұқым белгілі бір жылдамдықпен айнала отырып, баяу жоғары қарай тартылады. Тұқым тартылған кезде, балқыма шекарада біртіндеп қатып, монокристалл түзеді. Балқымадан кристалды тартуды қамтитын бұл әдіс жоғары сапалы монокристаллдарды дайындаудың кең таралған әдістерінің бірі болып табылады.
Чохральский әдісінің артықшылықтарына мыналар жатады: (1) жылдам өсу жылдамдығы, бұл қысқа мерзімде жоғары сапалы монокристалдарды алуға мүмкіндік береді; (2) кристалдар балқыма бетінде тигель қабырғасымен жанаспай өседі, бұл ішкі кернеуді тиімді түрде азайтады және кристалл сапасын жақсартады. Дегенмен, бұл әдістің негізгі кемшілігі - үлкен диаметрлі кристалдарды өсірудің қиындығы, бұл оны үлкен өлшемді кристалдар өндіруге онша қолайлы емес етеді.
3.2 Сапфир кристалдарын өсірудің Киропулос әдісі
1926 жылы Киропулос ойлап тапқан Киропулос әдісі (қысқартылған түрде KY әдісі) Чохральский әдісімен ұқсастықтарға ие. Ол тұқым кристалын балқыма бетіне батыруды және оны баяу жоғары тартып, мойын қалыптастыруды қамтиды. Балқыма-тұқым шекарасындағы қатаю жылдамдығы тұрақтанғаннан кейін, тұқым енді тартылмайды немесе айналдырылмайды. Оның орнына, монокристаллдың жоғарыдан төмен қарай біртіндеп қатаюына, сайып келгенде монокристалл түзілуіне мүмкіндік беру үшін салқындату жылдамдығы басқарылады.
Киропулос процесі жоғары сапалы, ақау тығыздығы төмен, үлкен және тиімді шығындарға ие кристалдар шығарады.
3.3 Сапфир кристалдарын өсірудің жиектерімен анықталған пленкамен қоректенетін өсіру (EFG) әдісі
EFG әдісі - пішінделген кристалды өсіру технологиясы. Оның принципі жоғары балқу температурасы бар балқыманы қалыпқа салуды қамтиды. Балқыма капиллярлық әсер арқылы қалыптың жоғарғы жағына тартылады, онда ол тұқым кристалымен жанасады. Тұқым тартылып, балқыма қатқан кезде монокристалл пайда болады. Қалып жиегінің өлшемі мен пішіні кристалл өлшемдерін шектейді. Демек, бұл әдістің белгілі бір шектеулері бар және негізінен түтіктер мен U-тәрізді профильдер сияқты пішінделген сапфир кристалдарына жарамды.
3.4 Сапфир кристалдарын өсірудің жылу алмасу әдісі (ЖАЛ)
Ірі өлшемді сапфир кристалдарын дайындаудың жылу алмасу әдісін 1967 жылы Фред Шмид пен Деннис ойлап тапқан. HEM жүйесі тамаша жылу оқшаулауымен, балқыма мен кристалдағы температура градиентін тәуелсіз басқарумен және жақсы басқарумен ерекшеленеді. Ол төмен дислокациялы және үлкен сапфир кристалдарын салыстырмалы түрде оңай шығарады.
HEM әдісінің артықшылықтарына өсу кезінде тигельде, кристалда және қыздырғышта қозғалыстың болмауы, Киропулос және Чохральски әдістеріндегідей тарту әрекеттерін болдырмау жатады. Бұл адамның араласуын азайтады және механикалық қозғалыстан туындаған кристалл ақауларын болдырмайды. Сонымен қатар, термиялық кернеуді және кристалдардың жарылуын және дислокация ақауларын азайту үшін салқындату жылдамдығын басқаруға болады. Бұл әдіс ірі өлшемді кристалдардың өсуіне мүмкіндік береді, пайдалану салыстырмалы түрде оңай және перспективалы даму перспективаларына ие.
Сапфир кристалын өсіру және дәл өңдеу саласындағы терең білімді пайдалана отырып, XKH қорғаныс, жарықдиодты және оптоэлектроника қолданбаларына бейімделген сапфир пластиналарының кешенді шешімдерін ұсынады. Сапфирден басқа, біз кремний карбиді (SiC) пластиналарын, кремний пластиналарын, SiC керамикалық компоненттерін және кварц өнімдерін қоса алғанда, жоғары өнімді жартылай өткізгіш материалдардың толық ауқымын ұсынамыз. Біз барлық материалдар бойынша ерекше сапаны, сенімділікті және техникалық қолдауды қамтамасыз етеміз, бұл тұтынушыларға озық өнеркәсіптік және зерттеу қолданбаларында серпінді өнімділікке қол жеткізуге көмектеседі.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 29 тамыз