Οι μονοκρύσταλλοι είναι σπάνιοι στη φύση τους και ακόμη και όταν εμφανίζονται, είναι συνήθως πολύ μικροί —συνήθως σε κλίμακα χιλιοστού (mm)— και δύσκολο να αποκτηθούν. Τα αναφερόμενα διαμάντια, σμαράγδια, αχάτες κ.λπ. γενικά δεν κυκλοφορούν στην αγορά, πόσο μάλλον σε βιομηχανικές εφαρμογές. Οι περισσότεροι εκτίθενται σε μουσεία για έκθεση. Ωστόσο, ορισμένοι μονοκρύσταλλοι έχουν σημαντική βιομηχανική αξία, όπως το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο στη βιομηχανία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, το ζαφείρι που χρησιμοποιείται συνήθως σε οπτικούς φακούς και το καρβίδιο του πυριτίου, το οποίο κερδίζει έδαφος στους ημιαγωγούς τρίτης γενιάς. Η δυνατότητα μαζικής παραγωγής αυτών των μονοκρυστάλλων βιομηχανικά όχι μόνο αντιπροσωπεύει τη δύναμη στη βιομηχανική και επιστημονική τεχνολογία, αλλά είναι και σύμβολο πλούτου. Η κύρια απαίτηση για την παραγωγή μονοκρυστάλλων στη βιομηχανία είναι το μεγάλο μέγεθος, καθώς αυτό είναι το κλειδί για τη μείωση του κόστους πιο αποτελεσματικά. Παρακάτω παρατίθενται ορισμένοι μονοκρύσταλλοι που συναντώνται συνήθως στην αγορά:
1. Μονόκρυσταλλο ζαφειριού
Ο όρος μονοκρύσταλλος ζαφειριού αναφέρεται στο α-Al₂O₃, το οποίο έχει εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα, σκληρότητα Mohs 9 και σταθερές χημικές ιδιότητες. Είναι αδιάλυτο σε όξινα ή αλκαλικά διαβρωτικά υγρά, ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες και παρουσιάζει εξαιρετική μετάδοση φωτός, θερμική αγωγιμότητα και ηλεκτρική μόνωση.
Εάν τα ιόντα Al στον κρύσταλλο αντικατασταθούν από ιόντα Ti και Fe, ο κρύσταλλος εμφανίζεται μπλε και ονομάζεται ζαφείρι. Εάν αντικατασταθεί από ιόντα Cr, εμφανίζεται κόκκινο και ονομάζεται ρουμπίνι. Ωστόσο, το βιομηχανικό ζαφείρι είναι καθαρό α-Al₂O₃, άχρωμο και διαφανές, χωρίς προσμίξεις.
Το βιομηχανικό ζαφείρι συνήθως έχει τη μορφή πλακιδίων (wafers), πάχους 400–700 μm και διαμέτρου 4–8 ιντσών. Αυτά είναι γνωστά ως πλακίδια (wafers) και κόβονται από κρυσταλλικά πλινθώματα. Παρακάτω φαίνεται ένα φρεσκοκομμένο πλινθώμα από μονοκρυσταλλικό φούρνο, το οποίο δεν έχει ακόμη γυαλιστεί ή κοπεί.
Το 2018, η Jinghui Electronic Company στην Εσωτερική Μογγολία καλλιέργησε με επιτυχία τον μεγαλύτερο στον κόσμο εξαιρετικά μεγάλο κρύσταλλο ζαφειριού, βάρους 450 κιλών. Ο προηγούμενος μεγαλύτερος κρύσταλλος ζαφειριού παγκοσμίως ήταν ένας κρύσταλλος 350 κιλών που παρήχθη στη Ρωσία. Όπως φαίνεται στην εικόνα, αυτός ο κρύσταλλος έχει κανονικό σχήμα, είναι πλήρως διαφανής, χωρίς ρωγμές και όρια κόκκων και έχει λίγες φυσαλίδες.
2. Μονοκρυσταλλικό πυρίτιο
Επί του παρόντος, το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο που χρησιμοποιείται για ολοκληρωμένα κυκλώματα έχει καθαρότητα από 99,9999999% έως 99,99999999% (9–11 εννιάρια) και ένα ράβδωμα πυριτίου 420 kg πρέπει να διατηρεί μια τέλεια δομή που μοιάζει με διαμάντι. Στη φύση, ακόμη και ένα διαμάντι ενός καρατίου (200 mg) είναι σχετικά σπάνιο.
Η παγκόσμια παραγωγή μονοκρυσταλλικών ράβδων πυριτίου κυριαρχείται από πέντε μεγάλες εταιρείες: την ιαπωνική Shin-Etsu (28,0%), την ιαπωνική SUMCO (21,9%), την ταϊβανέζικη GlobalWafers (15,1%), την νοτιοκορεατική SK Siltron (11,6%) και την γερμανική Siltronic (11,3%). Ακόμη και ο μεγαλύτερος κατασκευαστής πλακιδίων ημιαγωγών στην ηπειρωτική Κίνα, η NSIG, κατέχει μόνο περίπου το 2,3% του μεριδίου αγοράς. Παρ' όλα αυτά, ως νεοφερμένος, οι δυνατότητές της δεν πρέπει να υποτιμηθούν. Το 2024, η NSIG σχεδιάζει να επενδύσει σε ένα έργο αναβάθμισης της παραγωγής πλακιδίων πυριτίου 300 mm για ολοκληρωμένα κυκλώματα, με εκτιμώμενη συνολική επένδυση 13,2 δισεκατομμυρίων γιεν.
Ως πρώτη ύλη για τσιπ, οι πλινθώματα μονοκρυσταλλικού πυριτίου υψηλής καθαρότητας εξελίσσονται από διαμέτρους 6 ιντσών σε 12 ιντσών. Κορυφαία διεθνή χυτήρια τσιπ, όπως η TSMC και η GlobalFoundries, κατασκευάζουν τσιπ από πλακίδια πυριτίου 12 ιντσών που αποτελούν το κύριο προϊόν της αγοράς, ενώ τα πλακίδια 8 ιντσών σταδιακά καταργούνται. Η εγχώρια ηγετική εταιρεία SMIC εξακολουθεί να χρησιμοποιεί κυρίως πλακίδια 6 ιντσών. Προς το παρόν, μόνο η ιαπωνική SUMCO μπορεί να παράγει υποστρώματα πλακιδίων 12 ιντσών υψηλής καθαρότητας.
3. Αρσενίδιο του γαλλίου
Οι πλακέτες αρσενικού γαλλίου (GaAs) είναι ένα σημαντικό ημιαγωγικό υλικό και το μέγεθός τους είναι μια κρίσιμη παράμετρος στη διαδικασία παρασκευής.
Επί του παρόντος, οι πλακέτες GaAs παράγονται συνήθως σε μεγέθη 2 ιντσών, 3 ιντσών, 4 ιντσών, 6 ιντσών, 8 ιντσών και 12 ιντσών. Μεταξύ αυτών, οι πλακέτες 6 ιντσών είναι μία από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες προδιαγραφές.
Η μέγιστη διάμετρος των μονοκρυστάλλων που αναπτύσσονται με τη μέθοδο Horizontal Bridgman (HB) είναι γενικά 3 ίντσες, ενώ η μέθοδος Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) μπορεί να παράγει μονοκρυστάλλους διαμέτρου έως και 12 ίντσες. Ωστόσο, η ανάπτυξη LEC απαιτεί υψηλό κόστος εξοπλισμού και αποδίδει κρυστάλλους με ανομοιομορφία και υψηλή πυκνότητα εξάρθρωσης. Οι μέθοδοι Vertical Gradient Freeze (VGF) και Vertical Bridgman (VB) μπορούν επί του παρόντος να παράγουν μονοκρυστάλλους διαμέτρου έως και 8 ίντσες, με σχετικά ομοιόμορφη δομή και χαμηλότερη πυκνότητα εξάρθρωσης.
Η τεχνολογία παραγωγής ημιμονωτικών γυαλισμένων πλακιδίων GaAs 4 ιντσών και 6 ιντσών κυριαρχείται κυρίως από τρεις εταιρείες: την ιαπωνική Sumitomo Electric Industries, τη γερμανική Freiberger Compound Materials και την αμερικανική AXT. Μέχρι το 2015, τα υποστρώματα 6 ιντσών αντιπροσώπευαν ήδη πάνω από το 90% του μεριδίου αγοράς.
Το 2019, η παγκόσμια αγορά υποστρωμάτων GaAs κυριαρχούνταν από τις Freiberger, Sumitomo και Beijing Tongmei, με μερίδια αγοράς 28%, 21% και 13% αντίστοιχα. Σύμφωνα με εκτιμήσεις της συμβουλευτικής εταιρείας Yole, οι παγκόσμιες πωλήσεις υποστρωμάτων GaAs (μετατρεπόμενες σε ισοδύναμα 2 ιντσών) έφτασαν περίπου τα 20 εκατομμύρια τεμάχια το 2019 και προβλέπεται να ξεπεράσουν τα 35 εκατομμύρια τεμάχια έως το 2025. Η παγκόσμια αγορά υποστρωμάτων GaAs αποτιμήθηκε σε περίπου 200 εκατομμύρια δολάρια το 2019 και αναμένεται να φτάσει τα 348 εκατομμύρια δολάρια έως το 2025, με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης (CAGR) 9,67% από το 2019 έως το 2025.
4. Μονοκρύσταλλο καρβιδίου του πυριτίου
Επί του παρόντος, η αγορά μπορεί να υποστηρίξει πλήρως την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου (SiC) διαμέτρου 2 ιντσών και 3 ιντσών. Πολλές εταιρείες έχουν αναφέρει επιτυχημένη ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC τύπου 4H 4 ιντσών, σηματοδοτώντας την επίτευξη επιπέδων παγκόσμιας κλάσης στην τεχνολογία ανάπτυξης κρυστάλλων SiC από την Κίνα. Ωστόσο, εξακολουθεί να υπάρχει ένα σημαντικό κενό πριν από την εμπορευματοποίηση.
Γενικά, τα πλινθώματα SiC που καλλιεργούνται με μεθόδους υγρής φάσης είναι σχετικά μικρά, με πάχος στο επίπεδο του εκατοστού. Αυτός είναι επίσης ένας λόγος για το υψηλό κόστος των πλακιδίων SiC.
Η XKH ειδικεύεται στην Έρευνα και Ανάπτυξη (R&D) και την εξατομικευμένη επεξεργασία βασικών ημιαγωγικών υλικών, συμπεριλαμβανομένου του ζαφειριού, του καρβιδίου του πυριτίου (SiC), των πλακιδίων πυριτίου και των κεραμικών, καλύπτοντας ολόκληρη την αλυσίδα αξίας, από την ανάπτυξη κρυστάλλων έως την κατεργασία ακριβείας. Αξιοποιώντας ολοκληρωμένες βιομηχανικές δυνατότητες, παρέχουμε πλακίδια ζαφειριού υψηλής απόδοσης, υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου και πλακίδια πυριτίου εξαιρετικά υψηλής καθαρότητας, που υποστηρίζονται από εξατομικευμένες λύσεις όπως κοπή κατά παραγγελία, επιφανειακή επίστρωση και κατασκευή σύνθετης γεωμετρίας, για την κάλυψη ακραίων περιβαλλοντικών απαιτήσεων σε συστήματα λέιζερ, κατασκευή ημιαγωγών και εφαρμογές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Τηρώντας τα πρότυπα ποιότητας, τα προϊόντα μας διαθέτουν ακρίβεια επιπέδου micron, θερμική σταθερότητα >1500°C και ανώτερη αντοχή στη διάβρωση, εξασφαλίζοντας αξιοπιστία σε δύσκολες συνθήκες λειτουργίας. Επιπλέον, παρέχουμε υποστρώματα χαλαζία, μεταλλικά/μη μεταλλικά υλικά και άλλα εξαρτήματα ημιαγωγικής ποιότητας, επιτρέποντας την απρόσκοπτη μετάβαση από την πρωτοτυποποίηση στη μαζική παραγωγή για πελάτες σε όλους τους κλάδους.
Ώρα δημοσίευσης: 29 Αυγούστου 2025