Монокристали су ретки у природи, а чак и када се појаве, обично су веома мали – типично милиметарске (мм) размере – и тешко их је добити. Пријављени дијаманти, смарагди, ахати итд., углавном не улазе у тржишни оптицај, а камоли у индустријску примену; већина се излаже у музејима ради изложби. Међутим, неки монокристали имају значајну индустријску вредност, као што су монокристални силицијум у индустрији интегрисаних кола, сафир који се обично користи у оптичким сочивима и силицијум карбид, који добија на замаху у полупроводницима треће генерације. Могућност масовне индустријске производње ових монокристала не само да представља снагу у индустријској и научној технологији, већ је и симбол богатства. Примарни захтев за производњу монокристала у индустрији је велика величина, јер је то кључно за ефикасније смањење трошкова. У наставку су наведени неки уобичајени монокристали на тржишту:
1. Монокристал сафира
Монокристал сафира се односи на α-Al₂O₃, који има хексагонални кристални систем, Мосову тврдоћу од 9 и стабилна хемијска својства. Нерастворљив је у киселим или алкалним корозивним течностима, отпоран је на високе температуре и показује одличан пренос светлости, топлотну проводљивост и електричну изолацију.
Ако се јони Al у кристалу замене јонима Ti и Fe, кристал изгледа плаво и назива се сафир. Ако се замене јонима Cr, изгледа црвено и назива се рубин. Међутим, индустријски сафир је чисти α-Al₂O₃, безбојан и провидан, без нечистоћа.
Индустријски сафир обично има облик плочица, дебљине 400–700 μм и пречника 4–8 инча. Оне су познате као плочице и секу се из кристалних ингота. Испод је приказан свеже извађен ингот из пећи за монокристал, који још није полиран или исечен.
Компанија Јингхуи Електроник у Унутрашњој Монголији је 2018. године успешно узгајала највећи ултравелики сафирни кристал на свету тежине 450 кг. Претходни највећи сафирни кристал на свету био је кристал тежине 350 кг произведен у Русији. Као што се види на слици, овај кристал има правилан облик, потпуно је транспарентан, без пукотина и граница зрна и има мало мехурића.
2. Монокристални силицијум
Тренутно, монокристални силицијум који се користи за интегрисана кола има чистоћу од 99,9999999% до 99,999999999% (9–11 деветки), а силицијумски ингот од 420 кг мора да одржи савршену структуру сличну дијаманту. У природи је чак и дијамант од једног карата (200 мг) релативно редак.
Глобалну производњу ингота од монокристалног силицијума доминира пет великих компанија: јапански Shin-Etsu (28,0%), јапански SUMCO (21,9%), тајвански GlobalWafers (15,1%), јужнокорејски SK Siltron (11,6%) и немачки Siltronic (11,3%). Чак и највећи произвођач полупроводничких плочица у континенталној Кини, NSIG, држи само око 2,3% тржишног удела. Ипак, као новајлија, његов потенцијал не треба потцењивати. NSIG планира да 2024. године инвестира у пројекат надоградње производње силицијумских плочица од 300 мм за интегрисана кола, са процењеном укупном инвестицијом од 13,2 милијарде јена.
Као сировина за чипове, инготи од монокристалног силицијума високе чистоће еволуирају од 6 до 12 инча пречника. Водеће међународне ливнице чипова, као што су TSMC и GlobalFoundries, чипови од силицијумских плочица од 12 инча постају главни ток на тржишту, док се плочице од 8 инча постепено укидају. Домаћи лидер, SMIC, и даље првенствено користи плочице од 6 инча. Тренутно, само јапански SUMCO може да произведе подлоге за плочице високе чистоће од 12 инча.
3. Галијум арсенид
Плочице галијум арсенида (GaAs) су важан полупроводнички материјал, а њихова величина је критични параметар у процесу припреме.
Тренутно се GaAs плочице обично производе у величинама од 2 инча, 3 инча, 4 инча, 6 инча, 8 инча и 12 инча. Међу њима, плочице од 6 инча су једна од најчешће коришћених спецификација.
Максимални пречник монокристала узгајаних методом хоризонталног Бриџмана (HB) је генерално 7,6 цм, док метода Чохралског са течношћу у капсулама (LEC) може произвести монокристале пречника до 30 цм. Међутим, раст LEC-а захтева високе трошкове опреме и даје кристале са неуједначеношћу и високом густином дислокација. Методе вертикалног градијентног замрзавања (VGF) и вертикалног Бриџмана (VB) тренутно могу произвести монокристале пречника до 20 цм, са релативно уједначеном структуром и мањом густином дислокација.
Технологију производње полуизолационих полираних GaAs плочица од 4 и 6 инча углавном освајају три компаније: јапанска Sumitomo Electric Industries, немачка Freiberger Compound Materials и америчка AXT. До 2015. године, подлоге од 6 инча су већ чиниле преко 90% тржишног удела.
У 2019. години, глобалним тржиштем GaAs супстрата доминирали су Freiberger, Sumitomo и Beijing Tongmei, са тржишним уделима од 28%, 21% и 13%, респективно. Према проценама консултантске фирме Yole, глобална продаја GaAs супстрата (претворена у еквиваленте од 2 инча) достигла је приближно 20 милиона комада у 2019. години и очекује се да ће премашити 35 милиона комада до 2025. године. Глобално тржиште GaAs супстрата процењено је на око 200 милиона долара у 2019. години и очекује се да ће до 2025. године достићи 348 милиона долара, са сложеном годишњом стопом раста (CAGR) од 9,67% од 2019. до 2025. године.
4. Монокристал силицијум карбида
Тренутно, тржиште може у потпуности да подржи раст монокристала силицијум карбида (SiC) пречника 2 и 3 инча. Многе компаније су известиле о успешном расту монокристала SiC типа 4H пречника 4 инча, што означава достигнуће Кине светске класе у технологији раста SiC кристала. Међутим, још увек постоји значајан јаз пре комерцијализације.
Генерално, SiC инготи узгајани методама течне фазе су релативно мали, са дебљинама на центиметарском нивоу. То је такође разлог за високу цену SiC плочица.
XKH је специјализован за истраживање и развој и прилагођену обраду основних полупроводничких материјала, укључујући сафир, силицијум карбид (SiC), силицијумске плочице и керамику, покривајући цео ланац вредности од раста кристала до прецизне обраде. Користећи интегрисане индустријске капацитете, пружамо високоперформансне сафирне плочице, силицијум карбидне подлоге и силицијумске плочице ултра високе чистоће, уз подршку прилагођених решења као што су сечење по мери, површински премаз и израда сложене геометрије како бисмо задовољили екстремне еколошке захтеве у ласерским системима, производњи полупроводника и применама обновљивих извора енергије.
Придржавајући се стандарда квалитета, наши производи се одликују микронском прецизношћу, термичком стабилношћу >1500°C и врхунском отпорношћу на корозију, што обезбеђује поузданост у тешким условима рада. Поред тога, испоручујемо кварцне подлоге, металне/неметалне материјале и друге компоненте полупроводничког квалитета, омогућавајући беспрекоран прелазак са израде прототипова на масовну производњу за клијенте из различитих индустрија.
Време објаве: 29. август 2025.