Монокристалите са рядкост в природата и дори когато се срещат, те обикновено са много малки – обикновено в милиметров (mm) мащаб – и са трудни за получаване. Съобщава се, че диаманти, изумруди, ахати и др. обикновено не влизат в пазарно обращение, камо ли в промишлени приложения; повечето се показват в музеи за изложби. Някои монокристали обаче притежават значителна промишлена стойност, като например монокристалният силиций в производството на интегрални схеми, сапфирът, често използван в оптичните лещи, и силициевият карбид, който набира скорост в полупроводниците от трето поколение. Възможността за масово промишлено производство на тези монокристали не само представлява сила в промишлените и научни технологии, но е и символ на богатство. Основното изискване за производството на монокристали в индустрията е големият размер, тъй като това е ключово за по-ефективно намаляване на разходите. По-долу са някои често срещани монокристали на пазара:
1. Монокристал от сапфир
Монокристалният сапфир се отнася до α-Al₂O₃, който има хексагонална кристална система, твърдост по Моос от 9 и стабилни химични свойства. Той е неразтворим в киселинни или алкални корозивни течности, устойчив е на високи температури и показва отлична светлинна пропускливост, топлопроводимост и електрическа изолация.
Ако Al йоните в кристала са заменени с Ti и Fe йони, кристалът изглежда син и се нарича сапфир. Ако са заменени с Cr йони, той изглежда червен и се нарича рубин. Индустриалният сапфир обаче е чист α-Al₂O₃, безцветен и прозрачен, без примеси.
Индустриалният сапфир обикновено е под формата на пластини с дебелина 400–700 μm и диаметър 4–8 инча. Те са известни като пластини и се изрязват от кристални блокове. По-долу е показан прясно извлечен блок от пещ за монокристал, който все още не е полиран или нарязан.
През 2018 г. компанията Jinghui Electronic Company във Вътрешна Монголия успешно отгледа най-големия в света сапфирен кристал с ултраголям размер с тегло 450 кг. Предишният най-голям сапфирен кристал в света е бил произведен в Русия с тегло 350 кг. Както се вижда на изображението, този кристал има правилна форма, напълно прозрачен е, без пукнатини и граници между зърната и има малко мехурчета.
2. Монокристален силиций
В момента монокристалният силиций, използван за интегрални схеми, има чистота от 99,9999999% до 99,999999999% (9–11 деветки), а силициев слитък от 420 кг трябва да поддържа диамантоподобна перфектна структура. В природата дори еднокаратов (200 мг) диамант е сравнително рядък.
Глобалното производство на монокристални силициеви блокове е доминирано от пет големи компании: японската Shin-Etsu (28,0%), японската SUMCO (21,9%), тайванската GlobalWafers (15,1%), южнокорейската SK Siltron (11,6%) и германската Siltronic (11,3%). Дори най-големият производител на полупроводникови пластини в континентален Китай, NSIG, държи само около 2,3% от пазарния дял. Въпреки това, като новодошъл, потенциалът му не бива да се подценява. През 2024 г. NSIG планира да инвестира в проект за модернизиране на производството на 300 мм силициеви пластини за интегрални схеми, с очаквана обща инвестиция от 13,2 милиарда йени.
Като суровина за чипове, високочистите монокристални силициеви блокове се развиват от 6-инчови до 12-инчови диаметри. Водещи международни леярни за чипове, като TSMC и GlobalFoundries, превръщат чипове от 12-инчови силициеви пластини в основен пазар, докато 8-инчовите пластини постепенно се изтеглят от производство. Местният лидер SMIC все още използва предимно 6-инчови пластини. В момента само японската SUMCO може да произвежда високочисти 12-инчови подложки за пластини.
3. Галиев арсенид
Пластините от галиев арсенид (GaAs) са важен полупроводников материал и техният размер е критичен параметър в процеса на получаване.
В момента GaAs пластините обикновено се произвеждат в размери от 2 инча, 3 инча, 4 инча, 6 инча, 8 инча и 12 инча. Сред тях 6-инчовите пластини са едни от най-широко използваните спецификации.
Максималният диаметър на монокристалите, отглеждани по метода на хоризонталния Бриджман (HB), обикновено е 3 инча, докато методът на течно-капсулирания Чохралски (LEC) може да произведе монокристали с диаметър до 12 инча. LEC растежът обаче изисква високи разходи за оборудване и води до кристали с неравномерност и висока плътност на дислокациите. Методите на вертикално градиентно замразяване (VGF) и вертикален Бриджман (VB) понастоящем могат да произведат монокристали с диаметър до 8 инча, с относително равномерна структура и по-ниска плътност на дислокациите.
Технологията за производство на 4-инчови и 6-инчови полуизолационни полирани GaAs пластини е усвоена предимно от три компании: японската Sumitomo Electric Industries, германската Freiberger Compound Materials и американската AXT. До 2015 г. 6-инчовите подложки вече представляваха над 90% от пазарния дял.
През 2019 г. световният пазар на GaAs субстрати беше доминиран от Freiberger, Sumitomo и Beijing Tongmei, с пазарни дялове съответно от 28%, 21% и 13%. Според оценки на консултантската фирма Yole, глобалните продажби на GaAs субстрати (преобразувани в 2-инчови еквиваленти) достигнаха приблизително 20 милиона броя през 2019 г. и се очаква да надхвърлят 35 милиона броя до 2025 г. Световният пазар на GaAs субстрати беше оценен на около 200 милиона долара през 2019 г. и се очаква да достигне 348 милиона долара до 2025 г., със сложен годишен темп на растеж (CAGR) от 9,67% от 2019 до 2025 г.
4. Монокристал от силициев карбид
В момента пазарът може напълно да поддържа растежа на монокристали от силициев карбид (SiC) с диаметър 2 инча и 3 инча. Много компании съобщават за успешен растеж на монокристали от силициев карбид тип 4H с диаметър 4 инча, което отбелязва постигането на световни нива в технологията за растеж на SiC кристали от Китай. Въпреки това, все още има значителна празнина преди комерсиализацията.
Обикновено, SiC блоковете, отглеждани чрез течнофазни методи, са относително малки, с дебелини на ниво сантиметър. Това е и причина за високата цена на SiC пластините.
XKH е специализирана в научноизследователската и развойна дейност и персонализираната обработка на основни полупроводникови материали, включително сапфир, силициев карбид (SiC), силициеви пластини и керамика, обхващайки цялата верига за създаване на стойност от растежа на кристали до прецизната машинна обработка. Използвайки интегрирани индустриални възможности, ние предлагаме високопроизводителни сапфирени пластини, силициево-карбидни субстрати и силициеви пластини с ултрависока чистота, подкрепени от персонализирани решения като рязане по поръчка, повърхностно покритие и изработка на сложна геометрия, за да отговорим на екстремните екологични изисквания в лазерните системи, производството на полупроводници и приложенията за възобновяема енергия.
Спазвайки стандартите за качество, нашите продукти се отличават с прецизност на микронно ниво, термична стабилност >1500°C и превъзходна устойчивост на корозия, което гарантира надеждност при тежки експлоатационни условия. Освен това, ние доставяме кварцови подложки, метални/неметални материали и други полупроводникови компоненти, което позволява безпроблемен преход от създаване на прототипи към масово производство за клиенти от различни индустрии.
Време на публикуване: 29 август 2025 г.