Eenzelkristaller si rar an der Natur, an och wann se optrieden, si se meeschtens ganz kleng - typescherweis op der Millimeter (mm) Skala - a schwéier ze kréien. Diamanten, Smaragder, Agaten, etc., déi bekannt sinn, kommen normalerweis net op de Maart, geschweige den industriellen Uwendungen; déi meescht ginn a Muséeën ausgestallt. Wéi och ëmmer, e puer Eenzelkristaller hunn e wesentlechen industrielle Wäert, wéi Eenzelkristallsilizium an der integréierter Schaltungsindustrie, Saphir, deen dacks an optesche Lënsen benotzt gëtt, a Siliziumcarbid, wat ëmmer méi Dynamik an den Hallefleeder vun der drëtter Generatioun gewënnt. D'Fäegkeet, dës Eenzelkristaller industriell a Masseproduktioun ze produzéieren, representéiert net nëmmen d'Stäerkt an der industrieller a wëssenschaftlecher Technologie, mee ass och e Symbol vu Räichtum. Déi primär Viraussetzung fir d'Eenzelkristallproduktioun an der Industrie ass grouss Gréisst, well dëst de Schlëssel ass fir d'Käschten méi effektiv ze reduzéieren. Hei sinn e puer üblech Eenzelkristaller um Maart:
1. Saphir Eenzelkristall
Saphir-Eenkristall bezitt sech op α-Al₂O₃, deen e hexagonalt Kristallsystem, eng Mohs-Härkeet vu 9 a stabil chemesch Eegeschafte huet. En ass onléislech a sauren oder alkalesche korrosive Flëssegkeeten, resistent géint héich Temperaturen a weist exzellent Liichttransmissioun, Wärmeleitfäegkeet an elektresch Isolatioun op.
Wann Al-Ionen am Kristall duerch Ti- an Fe-Ionen ersat ginn, gesäit de Kristall blo aus a gëtt Saphir genannt. Wann e duerch Cr-Ionen ersat gëtt, gesäit e rout aus a gëtt Rubin genannt. Industrielle Saphir ass awer reng α-Al₂O₃, faarflos an transparent, ouni Ongereimtheeten.
Industriellen Saphir huet typescherweis d'Form vu Waferen, 400–700 μm déck an 4–8 Zoll am Duerchmiesser. Dës sinn als Waferen bekannt a gi aus Kristallbarren geschnidden. Hei ënnendrënner ass e frësch gezunnen Bar aus engem Eenkristalluewen gewisen, deen nach net poléiert oder geschnidden ass.
Am Joer 2018 huet d'Jinghui Electronic Company an der Bannmongolei erfollegräich de weltgréissten ultragrousse Saphirkristall mat 450 kg entwéckelt. Dee virdru gréissten Saphirkristall weltwäit war e Kristall mat 350 kg, deen a Russland produzéiert gouf. Wéi op der Foto ze gesinn ass, huet dëse Kristall eng reegelméisseg Form, ass komplett transparent, fräi vu Rëss a Kärengrenzen, a weist wéineg Blasen op.
2. Eenkristall-Silizium
Aktuell huet Eenkristall-Silizium, dat fir integréiert Schaltkreesser benotzt gëtt, eng Rengheet vun 99,9999999% bis 99,999999999% (9–11 Nénger), an e Siliziumbarre vu 420 kg muss eng perfekt diamantähnlech Struktur behalen. An der Natur ass souguer en Diamant vun engem Karat (200 mg) relativ rar.
Déi global Produktioun vu Silizium-Barren aus Eenkristaller gëtt vu fënnef grousse Firmen dominéiert: de japanesche Shin-Etsu (28,0%), de japanesche SUMCO (21,9%), den taiwanesche GlobalWafers (15,1%), de südkoreanesche SK Siltron (11,6%) an den däitsche Siltronic (11,3%). Och de gréisste Produzent vu Hallefleederwaferen um chinesesche Festland, NSIG, huet nëmmen ongeféier 2,3% vum Maartundeel. Trotzdem sollt säi Potenzial als Neiukommling net ënnerschat ginn. Am Joer 2024 plangt NSIG an e Projet ze investéieren fir d'Produktioun vu Siliziumwaferen mat 300 mm fir integréiert Schaltungen ze moderniséieren, mat enger geschätzter Gesamtinvestitioun vun 13,2 Milliarden Yen.
Als Rohmaterial fir Chips entwéckele sech héichreine Singlekristall-Siliciumbarren vun 6-Zoll op 12-Zoll Duerchmiesser. Féierend international Chipgiessereien, wéi TSMC a GlobalFoundries, maachen Chips aus 12-Zoll-Siliciumwaferen um Maart Mainstream, während 8-Zoll-Waferen no an no ausgefasst ginn. Den nationale Leader SMIC benotzt nach ëmmer haaptsächlech 6-Zoll-Wafer. Aktuell kann nëmmen déi japanesch Firma SUMCO héichreine 12-Zoll-Wafersubstrate produzéieren.
3. Galliumarsenid
Galliumarsenid (GaAs)-Wafers sinn e wichtegt Hallefleitermaterial, an hir Gréisst ass e kritesche Parameter am Virbereedungsprozess.
Aktuell ginn GaAs-Waferen typescherweis a Gréissten vun 2 Zoll, 3 Zoll, 4 Zoll, 6 Zoll, 8 Zoll an 12 Zoll produzéiert. Ënnert dësen sinn 6-Zoll-Waferen eng vun de meescht benotzte Spezifikatiounen.
Den maximalen Duerchmiesser vun Eenzelkristaller, déi mat der Horizontal Bridgman (HB) Method gewuess sinn, ass am Allgemengen 3 Zoll, während d'Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) Method Eenzelkristaller mat engem Duerchmiesser vu bis zu 12 Zoll produzéiere kann. D'LEC-Wuesstum erfuerdert awer héich Ausrüstungskäschten a liwwert Kristaller mat Net-Uniformitéit an héijer Dislokatiounsdicht. D'Vertical Gradient Freeze (VGF) a Vertical Bridgman (VB) Methoden kënnen de Moment Eenzelkristaller mat engem Duerchmiesser vu bis zu 8 Zoll produzéieren, mat enger relativ eenheetlecher Struktur an enger méi niddreger Dislokatiounsdicht.
D'Produktiounstechnologie fir 4-Zoll an 6-Zoll halbisoléierend poléiert GaAs-Waferen gëtt haaptsächlech vun dräi Firmen beherrscht: de japanesche Sumitomo Electric Industries, den däitsche Freiberger Compound Materials an den US-amerikanesche Firmen AXT. Bis 2015 hunn 6-Zoll-Substrater scho méi wéi 90% vum Maartundeel ausgemaach.
Am Joer 2019 gouf de globale GaAs-Substratmaart vu Freiberger, Sumitomo a Beijing Tongmei dominéiert, mat Maartundeeler vun 28%, 21% respektiv 13%. No Schätzunge vun der Berodungsfirma Yole huet de globale Verkaf vu GaAs-Substrater (ëmgerechent an 2-Zoll-Equivalenter) am Joer 2019 ongeféier 20 Millioune Stéck erreecht a gëtt erwaart, datt et bis 2025 35 Millioune Stéck wäert sinn. De globale GaAs-Substratmaart gouf am Joer 2019 op ongeféier 200 Milliounen Dollar geschat a gëtt erwaart, datt en bis 2025 348 Milliounen Dollar erreecht, mat enger duerchschnëttlecher jäerlecher Wuestumsquote (CAGR) vun 9,67% vun 2019 bis 2025.
4. Siliziumkarbid Eenzelkristall
Aktuell kann de Maart de Wuesstum vun Siliziumkarbid (SiC)-Eenkristaller mat engem Duerchmiesser vun 2 Zoll an 3 Zoll voll ënnerstëtzen. Vill Firmen hunn iwwer den erfollegräiche Wuesstum vun 4 Zoll 4H-SiC-Eenkristaller bericht, wat China op Weltklassniveau an der SiC-Kristallwuesstemstechnologie hiweist. Et gëtt awer nach ëmmer eng bedeitend Lück bis zur Kommerzialiséierung.
Am Allgemengen si SiC-Barren, déi mat Flëssegkeetsphasemethoden ugebaut ginn, relativ kleng, mat enger Déckt vun engem Zentimeter. Dëst ass och e Grond fir déi héich Käschte vu SiC-Waferen.
XKH spezialiséiert sech op d'Fuerschung an Entwécklung a personaliséiert Veraarbechtung vu Kär-Hallefleedermaterialien, dorënner Saphir, Siliziumcarbid (SiC), Siliziumwaferen a Keramik, a deckt déi ganz Wäertkette vum Kristallwuesstum bis zur Präzisiounsbearbechtung of. Mat integréierten industrielle Fäegkeeten liwwere mir héich performant Saphirwaferen, Siliziumcarbid-Substrater a Siliziumwaferen mat ultra-héicher Rengheet, ënnerstëtzt vu personaliséierte Léisungen wéi personaliséiert Schnëtt, Uewerflächenbeschichtung a komplex Geometriefabrikatioun, fir extrem Ëmweltfuerderungen a Lasersystemer, Hallefleederfabrikatioun an erneierbaren Energieapplikatiounen gerecht ze ginn.
Eis Produkter halen sech un d'Qualitéitsnormen a weisen eng Präzisioun op Mikrometerniveau, eng thermesch Stabilitéit vun >1500°C an eng iwwerleeën Korrosiounsbeständegkeet, wat Zouverlässegkeet ënner haarde Betribsbedingungen garantéiert. Zousätzlech liwwere mir Quarzsubstrater, Metall-/Netmetallmaterialien an aner Komponenten a Hallefleederqualitéit, wat e nahtlosen Iwwergang vum Prototyping bis zur Masseproduktioun fir Clienten aus verschiddene Branchen erméiglecht.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 29. August 2025