Enkeltkrystaller er sjeldne, og selv når de forekommer, er de vanligvis svært små – vanligvis på millimeterskalaen (mm) – og vanskelige å få tak i. Rapporterte diamanter, smaragder, agater osv. kommer vanligvis ikke inn i markedet, langt mindre til industrielle anvendelser; de fleste vises på museer for utstilling. Noen enkeltkrystaller har imidlertid betydelig industriell verdi, for eksempel enkeltkrystallsilisium i den integrerte kretsindustrien, safir som ofte brukes i optiske linser, og silisiumkarbid, som får fart i tredjegenerasjons halvledere. Evnen til å masseprodusere disse enkeltkrystallene industrielt representerer ikke bare styrke innen industriell og vitenskapelig teknologi, men er også et symbol på rikdom. Det primære kravet for enkeltkrystallproduksjon i industrien er stor størrelse, da dette er nøkkelen til å redusere kostnadene mer effektivt. Nedenfor er noen vanlige enkeltkrystaller på markedet:
1. Safir-enkeltkrystall
Safir-enkeltkrystall refererer til α-Al₂O₃, som har et heksagonalt krystallsystem, en Mohs-hardhet på 9 og stabile kjemiske egenskaper. Den er uløselig i sure eller alkaliske, etsende væsker, motstandsdyktig mot høye temperaturer og viser utmerket lysgjennomgang, varmeledningsevne og elektrisk isolasjon.
Hvis Al-ioner i krystallen erstattes av Ti- og Fe-ioner, ser krystallen blå ut og kalles safir. Hvis den erstattes av Cr-ioner, ser den rød ut og kalles rubin. Industriell safir er imidlertid ren α-Al₂O₃, fargeløs og gjennomsiktig, uten urenheter.
Industriell safir har vanligvis form av wafere, 400–700 μm tykke og 4–8 tommer i diameter. Disse er kjent som wafere og er kuttet fra krystallbarrer. Vist nedenfor er en fersk trukket barre fra en enkrystallovn, ennå ikke polert eller kuttet.
I 2018 produserte Jinghui Electronic Company i Indre Mongolia verdens største ultrastore safirkrystall på 450 kg. Den tidligere største safirkrystallen globalt var en krystall på 350 kg produsert i Russland. Som vist på bildet har denne krystallen en regelmessig form, er helt gjennomsiktig, fri for sprekker og korngrenser, og har få bobler.
2. Enkrystallsilisium
For tiden har enkrystallsilisium som brukes til integrerte kretsbrikker en renhet på 99,9999999 % til 99,999999999 % (9–11 niere), og en silisiumbarre på 420 kg må opprettholde en diamantlignende perfekt struktur. I naturen er selv en diamant på én karat (200 mg) relativt sjelden.
Global produksjon av silisiumbarrer i én krystall domineres av fem store selskaper: japanske Shin-Etsu (28,0 %), japanske SUMCO (21,9 %), taiwanske GlobalWafers (15,1 %), sørkoreanske SK Siltron (11,6 %) og tyske Siltronic (11,3 %). Selv den største produsenten av halvlederskiver i Fastlands-Kina, NSIG, har bare rundt 2,3 % av markedsandelen. Likevel bør ikke potensialet som nykommer undervurderes. I 2024 planlegger NSIG å investere i et prosjekt for å oppgradere produksjonen av 300 mm silisiumskiver for integrerte kretser, med en estimert totalinvestering på 13,2 milliarder yen.
Som råmateriale for brikker utvikles høyrene enkeltkrystallsilisiumbarrer fra 6-tommers til 12-tommers diametere. Ledende internasjonale brikkestøperier, som TSMC og GlobalFoundries, lager brikker fra 12-tommers silisiumskiver til mainstream-markedet, mens 8-tommers skiver gradvis fases ut. Den innenlandske lederen SMIC bruker fortsatt primært 6-tommers skiver. For øyeblikket er det bare Japans SUMCO som kan produsere høyrene 12-tommers skifersubstrater.
3. Galliumarsenid
Galliumarsenid (GaAs)-wafere er et viktig halvledermateriale, og størrelsen deres er en kritisk parameter i forberedelsesprosessen.
For tiden produseres GaAs-wafere vanligvis i størrelser på 2 tommer, 3 tommer, 4 tommer, 6 tommer, 8 tommer og 12 tommer. Blant disse er 6-tommers wafere en av de mest brukte spesifikasjonene.
Maksimal diameter på enkeltkrystaller dyrket med Horizontal Bridgman (HB)-metoden er vanligvis 7,5 cm, mens Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC)-metoden kan produsere enkeltkrystaller opptil 30 cm i diameter. LEC-vekst krever imidlertid høye utstyrskostnader og gir krystaller med ujevnhet og høy dislokasjonstetthet. Vertical Gradient Freeze (VGF)- og Vertical Bridgman (VB)-metodene kan for tiden produsere enkeltkrystaller opptil 20 cm i diameter, med relativt jevn struktur og lavere dislokasjonstetthet.
Produksjonsteknologien for 4-tommers og 6-tommers halvisolerende polerte GaAs-wafere beherskes hovedsakelig av tre selskaper: japanske Sumitomo Electric Industries, tyske Freiberger Compound Materials og amerikanske AXT. I 2015 utgjorde 6-tommers substrater allerede over 90 % av markedsandelen.
I 2019 ble det globale markedet for GaAs-substrater dominert av Freiberger, Sumitomo og Beijing Tongmei, med markedsandeler på henholdsvis 28 %, 21 % og 13 %. Ifølge estimater fra konsulentfirmaet Yole nådde det globale salget av GaAs-substrater (konvertert til 2-tommers ekvivalenter) omtrent 20 millioner enheter i 2019, og det forventes at det vil overstige 35 millioner enheter innen 2025. Det globale markedet for GaAs-substrater ble verdsatt til rundt 200 millioner dollar i 2019, og det forventes at det vil nå 348 millioner dollar innen 2025, med en sammensatt årlig vekstrate (CAGR) på 9,67 % fra 2019 til 2025.
4. Silisiumkarbid enkeltkrystall
For tiden kan markedet fullt ut støtte veksten av silisiumkarbid (SiC)-enkeltkrystaller med en diameter på 2 tommer og 3 tommer. Mange selskaper har rapportert vellykket vekst av 4-tommers 4H-type SiC-enkeltkrystaller, noe som markerer Kinas oppnåelse av verdensledende nivåer innen SiC-krystallvekstteknologi. Det er imidlertid fortsatt et betydelig gap før kommersialisering.
Vanligvis er SiC-barrer dyrket med flytende fasemetoder relativt små, med tykkelser på centimeternivå. Dette er også en årsak til den høye prisen på SiC-wafere.
XKH spesialiserer seg på forskning og utvikling og tilpasset prosessering av kjernehalvledermaterialer, inkludert safir, silisiumkarbid (SiC), silisiumskiver og keramikk, og dekker hele verdikjeden fra krystallvekst til presisjonsmaskinering. Ved å utnytte integrerte industrielle kapasiteter, tilbyr vi høyytelses safirskiver, silisiumkarbidsubstrater og silisiumskiver med ultrahøy renhet, støttet av skreddersydde løsninger som tilpasset skjæring, overflatebelegg og fabrikasjon med kompleks geometri for å møte ekstreme miljøkrav i lasersystemer, halvlederfabrikasjon og fornybar energi.
Produktene våre overholder kvalitetsstandarder og har presisjon på mikronivå, termisk stabilitet på >1500 °C og overlegen korrosjonsbestandighet, noe som sikrer pålitelighet under tøffe driftsforhold. I tillegg leverer vi kvartssubstrater, metall-/ikke-metalliske materialer og andre halvlederkomponenter, noe som muliggjør sømløse overganger fra prototyping til masseproduksjon for kunder på tvers av bransjer.
Publisert: 29. august 2025