Enkelkristallen zijn zeldzaam in de natuur, en zelfs als ze voorkomen, zijn ze meestal erg klein – meestal op een millimeter (mm) – en moeilijk te verkrijgen. Diamanten, smaragden, agaten, enz. waarvan melding wordt gemaakt, komen over het algemeen niet in omloop, laat staan voor industriële toepassingen; de meeste worden tentoongesteld in musea. Sommige enkelkristallen hebben echter een aanzienlijke industriële waarde, zoals enkelkristalsilicium in de geïntegreerde schakelingsindustrie, saffier, dat veel wordt gebruikt in optische lenzen, en siliciumcarbide, dat aan populariteit wint in halfgeleiders van de derde generatie. De mogelijkheid om deze enkelkristallen industrieel massaal te produceren, vertegenwoordigt niet alleen de kracht van industriële en wetenschappelijke technologie, maar is ook een symbool van rijkdom. De belangrijkste vereiste voor de productie van enkelkristallen in de industrie is een groot formaat, aangezien dit essentieel is voor een effectievere kostenverlaging. Hieronder vindt u enkele veelvoorkomende enkelkristallen op de markt:
1. Saffier enkel kristal
Saffierkristal verwijst naar α-Al₂O₃, dat een hexagonaal kristalsysteem, een Mohs-hardheid van 9 en stabiele chemische eigenschappen heeft. Het is onoplosbaar in zure of alkalische corrosieve vloeistoffen, bestand tegen hoge temperaturen en vertoont uitstekende lichttransmissie, thermische geleidbaarheid en elektrische isolatie.
Als Al-ionen in het kristal worden vervangen door Ti- en Fe-ionen, kleurt het kristal blauw en wordt het saffier genoemd. Als het wordt vervangen door Cr-ionen, kleurt het rood en wordt het robijn genoemd. Industrieel saffier is echter zuiver α-Al₂O₃, kleurloos en transparant, zonder onzuiverheden.
Industriële saffier bestaat doorgaans uit wafers, 400-700 μm dik en 10-20 cm in diameter. Deze worden wafers genoemd en worden geslepen uit kristalstaven. Hieronder ziet u een vers getrokken staaf uit een monokristaloven, nog niet gepolijst of geslepen.
In 2018 produceerde Jinghui Electronic Company in Binnen-Mongolië met succes 's werelds grootste ultragroot saffierkristal van 450 kg. Het vorige grootste saffierkristal ter wereld was een kristal van 350 kg, geproduceerd in Rusland. Zoals te zien is op de afbeelding, heeft dit kristal een regelmatige vorm, is het volledig transparant, vrij van scheuren en korrelgrenzen, en bevat het weinig luchtbelletjes.
2. Enkelkristalsilicium
Momenteel heeft monokristallijn silicium, gebruikt voor chips voor geïntegreerde schakelingen, een zuiverheid van 99,9999999% tot 99,999999999% (9-11 negens), en een siliciumstaaf van 420 kg moet een diamantachtige, perfecte structuur behouden. In de natuur is zelfs een diamant van één karaat (200 mg) relatief zeldzaam.
De wereldwijde productie van monokristallijn siliciumstaven wordt gedomineerd door vijf grote bedrijven: het Japanse Shin-Etsu (28,0%), het Japanse SUMCO (21,9%), het Taiwanese GlobalWafers (15,1%), het Zuid-Koreaanse SK Siltron (11,6%) en het Duitse Siltronic (11,3%). Zelfs de grootste fabrikant van halfgeleiderwafers op het Chinese vasteland, NSIG, heeft slechts een marktaandeel van ongeveer 2,3%. Desondanks mag het potentieel van NSIG als nieuwkomer niet worden onderschat. NSIG is van plan om in 2024 te investeren in een project voor de upgrade van de productie van 300 mm siliciumwafers voor geïntegreerde schakelingen, met een geschatte totale investering van ¥13,2 miljard.
Als grondstof voor chips evolueren hoogzuivere monokristallijne siliciumstaven van 15 cm naar 30 cm diameter. Toonaangevende internationale chipgieterijen, zoals TSMC en GlobalFoundries, maken chips van 30 cm siliciumwafers mainstream, terwijl 20 cm wafers geleidelijk aan uit de markt verdwijnen. De binnenlandse marktleider SMIC gebruikt nog steeds voornamelijk 15 cm wafers. Momenteel kan alleen het Japanse SUMCO hoogzuivere 30 cm wafersubstraten produceren.
3. Galliumarsenide
Galliumarsenide (GaAs)-wafers zijn een belangrijk halfgeleidermateriaal en hun grootte is een cruciale parameter in het voorbereidingsproces.
Momenteel worden GaAs-wafers doorgaans geproduceerd in formaten van 2 inch, 3 inch, 4 inch, 6 inch, 8 inch en 12 inch. 6-inch wafers zijn een van de meest gebruikte specificaties.
De maximale diameter van eenkristallen gekweekt met de Horizontal Bridgman (HB)-methode is doorgaans 7,6 cm (3 inch), terwijl de Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC)-methode eenkristallen tot 30 cm (12 inch) kan produceren. LEC-groei vereist echter hoge apparatuurkosten en levert kristallen op met een onregelmatige structuur en een hoge dislocatiedichtheid. De Vertical Gradient Freeze (VGF)- en Vertical Bridgman (VB)-methoden kunnen momenteel eenkristallen produceren met een diameter tot 20 cm (8 inch), met een relatief uniforme structuur en een lagere dislocatiedichtheid.
De productietechnologie voor 4-inch en 6-inch semi-isolerende GaAs gepolijste wafers wordt voornamelijk beheerst door drie bedrijven: het Japanse Sumitomo Electric Industries, het Duitse Freiberger Compound Materials en het Amerikaanse AXT. In 2015 hadden substraten van 6 inch al meer dan 90% van het marktaandeel in handen.
In 2019 werd de wereldwijde markt voor GaAs-substraten gedomineerd door Freiberger, Sumitomo en Beijing Tongmei, met marktaandelen van respectievelijk 28%, 21% en 13%. Volgens schattingen van adviesbureau Yole bedroeg de wereldwijde verkoop van GaAs-substraten (omgerekend naar 2-inch equivalenten) in 2019 ongeveer 20 miljoen stuks en zal deze naar verwachting in 2025 de 35 miljoen stuks overschrijden. De wereldwijde markt voor GaAs-substraten werd in 2019 geschat op ongeveer $ 200 miljoen en zal naar verwachting in 2025 $ 348 miljoen bedragen, met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 9,67% van 2019 tot 2025.
4. Siliciumcarbide enkelkristal
Momenteel kan de markt de groei van siliciumcarbide (SiC) monokristallen met een diameter van 2 en 3 inch volledig ondersteunen. Veel bedrijven hebben melding gemaakt van succesvolle groei van 4 inch 4H-type SiC monokristallen, wat China's positie op wereldniveau in SiC-kristalgroeitechnologie markeert. Er is echter nog een aanzienlijke kloof tot de commercialisering.
Over het algemeen zijn SiC-staven die met behulp van vloeistoffasemethoden worden geproduceerd relatief klein, met een dikte van enkele centimeters. Dit is ook een reden voor de hoge kosten van SiC-wafers.
XKH is gespecialiseerd in R&D en maatwerkbewerking van kernmaterialen voor halfgeleiders, waaronder saffier, siliciumcarbide (SiC), siliciumwafers en keramiek, en bestrijkt de volledige waardeketen van kristalgroei tot precisiebewerking. Door gebruik te maken van geïntegreerde industriële expertise leveren we hoogwaardige saffierwafers, siliciumcarbidesubstraten en ultrazuivere siliciumwafers, ondersteund door maatwerkoplossingen zoals snijden op maat, oppervlaktecoating en fabricage van complexe geometrieën om te voldoen aan de extreme omgevingseisen van lasersystemen, halfgeleiderfabricage en toepassingen in hernieuwbare energie.
Onze producten voldoen aan kwaliteitsnormen en kenmerken zich door een precisie tot op micronniveau, een thermische stabiliteit van >1500 °C en een superieure corrosiebestendigheid, wat betrouwbaarheid onder zware bedrijfsomstandigheden garandeert. Daarnaast leveren we kwartssubstraten, metalen/niet-metalen materialen en andere componenten van halfgeleiderkwaliteit, waardoor naadloze overgangen van prototype naar massaproductie mogelijk zijn voor klanten in diverse sectoren.
Plaatsingstijd: 29-08-2025