Monokristali su rijetki u prirodi, a čak i kada se pojave, obično su vrlo mali - tipično na milimetarskoj (mm) skali - i teško ih je nabaviti. Prijavljeni dijamanti, smaragdi, agati itd. uglavnom ne ulaze u promet na tržištu, a kamoli u industrijsku primjenu; većina se izlaže u muzejima. Međutim, neki monokristali imaju značajnu industrijsku vrijednost, poput monokristalnog silicija u industriji integriranih krugova, safira koji se obično koristi u optičkim lećama i silicijevog karbida, koji dobiva na zamahu u poluvodičima treće generacije. Mogućnost masovne industrijske proizvodnje ovih monokristala ne samo da predstavlja snagu u industrijskoj i znanstvenoj tehnologiji, već je i simbol bogatstva. Primarni zahtjev za proizvodnju monokristala u industriji je velika veličina, jer je to ključno za učinkovitije smanjenje troškova. U nastavku su navedeni neki uobičajeni monokristali na tržištu:
1. Monokristal safira
Monokristal safira odnosi se na α-Al₂O₃, koji ima heksagonalni kristalni sustav, Mohsovu tvrdoću od 9 i stabilna kemijska svojstva. Netopljiv je u kiselim ili alkalnim korozivnim tekućinama, otporan na visoke temperature te pokazuje izvrsnu propusnost svjetlosti, toplinsku vodljivost i električnu izolaciju.
Ako se Al ioni u kristalu zamijene Ti i Fe ionima, kristal izgleda plavo i naziva se safir. Ako se zamijene Cr ionima, izgleda crveno i naziva se rubin. Međutim, industrijski safir je čisti α-Al₂O₃, bezbojan i proziran, bez nečistoća.
Industrijski safir obično ima oblik pločica, debljine 400–700 μm i promjera 4–8 inča. Poznate su kao pločice i izrezuju se iz kristalnih ingota. Dolje je prikazan svježe izvučeni ingot iz peći za monokristal, koji još nije poliran ili izrezan.
Tvrtka Jinghui Electronic u Unutarnjoj Mongoliji uspješno je 2018. godine uzgojila najveći ultra-veliki safirni kristal na svijetu od 450 kg. Prethodni najveći safirni kristal na svijetu bio je kristal od 350 kg proizveden u Rusiji. Kao što se vidi na slici, ovaj kristal ima pravilan oblik, potpuno je proziran, bez pukotina i granica zrna te ima malo mjehurića.
2. Monokristalni silicij
Trenutno, monokristalni silicij koji se koristi za integrirane krugove ima čistoću od 99,9999999% do 99,999999999% (9–11 devetki), a silicijev ingot od 420 kg mora održavati savršenu strukturu sličnu dijamantu. U prirodi je čak i dijamant od jednog karata (200 mg) relativno rijedak.
Globalnu proizvodnju ingota od monokristalnog silicija dominira pet velikih tvrtki: japanski Shin-Etsu (28,0%), japanski SUMCO (21,9%), tajvanski GlobalWafers (15,1%), južnokorejski SK Siltron (11,6%) i njemački Siltronic (11,3%). Čak i najveći proizvođač poluvodičkih pločica u kontinentalnoj Kini, NSIG, drži samo oko 2,3% tržišnog udjela. Ipak, kao novajlija, njegov potencijal ne treba podcijeniti. U 2024. NSIG planira uložiti u projekt nadogradnje proizvodnje silicijskih pločica od 300 mm za integrirane krugove, s procijenjenim ukupnim ulaganjem od 13,2 milijarde jena.
Kao sirovina za čipove, ingoti od monokristalnog silicija visoke čistoće razvijaju se od 6 do 12 inča promjera. Vodeće međunarodne ljevaonice čipova, poput TSMC-a i GlobalFoundriesa, čine čipove od 12-inčnih silicijskih pločica glavnim dijelom tržišta, dok se 8-inčne pločice postupno ukidaju. Domaći lider, SMIC, još uvijek prvenstveno koristi 6-inčne pločice. Trenutno samo japanski SUMCO može proizvesti visokočiste 12-inčne podloge za pločice.
3. Galijev arsenid
Pločice galijevog arsenida (GaAs) važan su poluvodički materijal, a njihova veličina ključni je parametar u procesu pripreme.
Trenutno se GaAs pločice obično proizvode u veličinama od 2 inča, 3 inča, 4 inča, 6 inča, 8 inča i 12 inča. Među njima, pločice od 6 inča su jedna od najčešće korištenih specifikacija.
Maksimalni promjer monokristala uzgojenih metodom horizontalnog Bridgmana (HB) općenito je 3 inča, dok metoda tekućinski enkapsuliranog Czochralskog (LEC) može proizvesti monokristale promjera do 12 inča. Međutim, rast LEC-a zahtijeva visoke troškove opreme i daje kristale s neujednačenošću i visokom gustoćom dislokacija. Metode vertikalnog gradijentnog zamrzavanja (VGF) i vertikalnog Bridgmana (VB) trenutno mogu proizvesti monokristale promjera do 8 inča, s relativno ujednačenom strukturom i nižom gustoćom dislokacija.
Tehnologiju proizvodnje poluizolacijskih poliranih GaAs pločica od 4 i 6 inča uglavnom razvijaju tri tvrtke: japanski Sumitomo Electric Industries, njemački Freiberger Compound Materials i američki AXT. Do 2015. godine, podloge od 6 inča već su činile preko 90% tržišnog udjela.
U 2019. godini, globalnim tržištem GaAs supstrata dominirali su Freiberger, Sumitomo i Beijing Tongmei, s tržišnim udjelima od 28%, 21% i 13%. Prema procjenama konzultantske tvrtke Yole, globalna prodaja GaAs supstrata (preračunato u ekvivalente od 2 inča) dosegla je približno 20 milijuna komada u 2019. godini, a predviđa se da će do 2025. premašiti 35 milijuna komada. Globalno tržište GaAs supstrata procijenjeno je na oko 200 milijuna dolara u 2019. godini, a očekuje se da će do 2025. dosegnuti 348 milijuna dolara, sa složenom godišnjom stopom rasta (CAGR) od 9,67% od 2019. do 2025. godine.
4. Monokristal silicijevog karbida
Trenutno tržište u potpunosti može podržati rast monokristala silicijevog karbida (SiC) promjera 2 i 3 inča. Mnoge tvrtke izvijestile su o uspješnom rastu monokristala SiC tipa 4H promjera 4 inča, što označava kinesko postignuće svjetske razine u tehnologiji rasta kristala SiC. Međutim, još uvijek postoji značajan jaz prije komercijalizacije.
Općenito, SiC ingoti uzgojeni metodama tekuće faze relativno su mali, s debljinama na centimetarskoj razini. To je također razlog visoke cijene SiC pločica.
XKH se specijalizira za istraživanje i razvoj te prilagođenu obradu poluvodičkih materijala, uključujući safir, silicijev karbid (SiC), silicijeve pločice i keramiku, pokrivajući cijeli lanac vrijednosti od rasta kristala do precizne obrade. Koristeći integrirane industrijske mogućnosti, pružamo visokoučinkovite safirne pločice, silicijev karbidne podloge i silicijeve pločice ultra visoke čistoće, uz podršku prilagođenih rješenja kao što su rezanje po narudžbi, površinski premaz i izrada složene geometrije kako bismo zadovoljili ekstremne ekološke zahtjeve u laserskim sustavima, proizvodnji poluvodiča i primjenama obnovljivih izvora energije.
Pridržavajući se standarda kvalitete, naši proizvodi odlikuju se preciznošću na razini mikrona, toplinskom stabilnošću >1500 °C i vrhunskom otpornošću na koroziju, što osigurava pouzdanost u teškim radnim uvjetima. Osim toga, isporučujemo kvarcne podloge, metalne/nemetalne materijale i druge poluvodičke komponente, omogućujući nesmetan prijelaz od izrade prototipova do masovne proizvodnje za klijente iz svih industrija.
Vrijeme objave: 29. kolovoza 2025.