Enkeltkrystaller er sjældne i naturen, og selv når de forekommer, er de normalt meget små - typisk på millimeterskalaen (mm) - og vanskelige at få fat i. Rapporterede diamanter, smaragder, agater osv. kommer generelt ikke i omløb på markedet, endsige industrielle anvendelser; de fleste udstilles på museer. Nogle enkeltkrystaller har dog betydelig industriel værdi, såsom enkeltkrystalsilicium i den integrerede kredsløbsindustri, safir, der almindeligvis anvendes i optiske linser, og siliciumcarbid, som vinder momentum i tredjegenerations halvledere. Evnen til at masseproducere disse enkeltkrystaller industrielt repræsenterer ikke kun styrke inden for industriel og videnskabelig teknologi, men er også et symbol på rigdom. Det primære krav til enkeltkrystalproduktion i industrien er stor størrelse, da dette er nøglen til at reducere omkostningerne mere effektivt. Nedenfor er nogle almindeligt forekommende enkeltkrystaller på markedet:
1. Safir-enkeltkrystal
Safir-enkeltkrystal refererer til α-Al₂O₃, som har et hexagonalt krystalsystem, en Mohs-hårdhed på 9 og stabile kemiske egenskaber. Den er uopløselig i sure eller alkaliske, ætsende væsker, modstandsdygtig over for høje temperaturer og udviser fremragende lystransmission, varmeledningsevne og elektrisk isolering.
Hvis Al-ioner i krystallen erstattes af Ti- og Fe-ioner, fremstår krystallen blå og kaldes safir. Hvis den erstattes af Cr-ioner, fremstår den rød og kaldes rubin. Industriel safir er dog ren α-Al₂O₃, farveløs og transparent, uden urenheder.
Industriel safir har typisk form af wafere, 400-700 μm tykke og 4-8 tommer i diameter. Disse er kendt som wafere og er skåret ud af krystalbarrer. Nedenfor er vist en frisk trukket barre fra en enkeltkrystalovn, der endnu ikke er poleret eller slebet.
I 2018 producerede Jinghui Electronic Company i Indre Mongoliet med succes verdens største ultrastore safirkrystal på 450 kg. Den tidligere største safirkrystal på verdensplan var en krystal på 350 kg produceret i Rusland. Som det ses på billedet, har denne krystal en regelmæssig form, er fuldstændig transparent, fri for revner og korngrænser og har få bobler.
2. Enkeltkrystalsilicium
I øjeblikket har enkeltkrystalsilicium, der anvendes til integrerede kredsløbschips, en renhed på 99,99999999% til 99,999999999% (9-11 niere), og en siliciumbarre på 420 kg skal opretholde en diamantlignende perfekt struktur. I naturen er selv en diamant på én karat (200 mg) relativt sjælden.
Den globale produktion af enkeltkrystalsiliciumbarrer domineres af fem store virksomheder: Japans Shin-Etsu (28,0%), Japans SUMCO (21,9%), Taiwans GlobalWafers (15,1%), Sydkoreas SK Siltron (11,6%) og Tysklands Siltronic (11,3%). Selv den største producent af halvlederwafere i det kinesiske fastland, NSIG, har kun omkring 2,3% af markedsandelen. Ikke desto mindre bør dens potentiale som nykommer ikke undervurderes. I 2024 planlægger NSIG at investere i et projekt til at opgradere produktionen af 300 mm siliciumwafere til integrerede kredsløb med en anslået samlet investering på 13,2 milliarder yen.
Som råmateriale til chips udvikles højrente enkeltkrystalsiliciumbarrer fra 6-tommer til 12-tommer diametre. Førende internationale chipstøberier, såsom TSMC og GlobalFoundries, gør chips fra 12-tommer siliciumwafere til mainstream-markedet, mens 8-tommer wafere gradvist udfases. Den indenlandske leder SMIC bruger stadig primært 6-tommer wafere. I øjeblikket er det kun Japans SUMCO, der kan producere højrente 12-tommer wafersubstrater.
3. Galliumarsenid
Galliumarsenid (GaAs) wafere er et vigtigt halvledermateriale, og deres størrelse er en kritisk parameter i fremstillingsprocessen.
I øjeblikket produceres GaAs-wafere typisk i størrelser på 2 tommer, 3 tommer, 4 tommer, 6 tommer, 8 tommer og 12 tommer. Blandt disse er 6-tommer wafere en af de mest anvendte specifikationer.
Den maksimale diameter af enkeltkrystaller dyrket med Horizontal Bridgman (HB)-metoden er generelt 7,5 cm, mens Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC)-metoden kan producere enkeltkrystaller på op til 30 cm i diameter. LEC-vækst kræver dog høje udstyrsomkostninger og giver krystaller med uensartethed og høj dislokationstæthed. Vertical Gradient Freeze (VGF)- og Vertical Bridgman (VB)-metoderne kan i øjeblikket producere enkeltkrystaller på op til 20 cm i diameter med en relativt ensartet struktur og lavere dislokationstæthed.
Produktionsteknologien til 4-tommer og 6-tommer halvisolerende GaAs-polerede wafere beherskes primært af tre virksomheder: Japans Sumitomo Electric Industries, Tysklands Freiberger Compound Materials og USA's AXT. I 2015 tegnede 6-tommer substrater sig allerede for over 90% af markedsandelen.
I 2019 var det globale GaAs-substratmarked domineret af Freiberger, Sumitomo og Beijing Tongmei med markedsandele på henholdsvis 28 %, 21 % og 13 %. Ifølge estimater fra konsulentfirmaet Yole nåede det globale salg af GaAs-substrater (omregnet til 2-tommer-ækvivalenter) cirka 20 millioner stk. i 2019 og forventes at overstige 35 millioner stk. inden 2025. Det globale GaAs-substratmarked blev vurderet til omkring 200 millioner dollars i 2019 og forventes at nå 348 millioner dollars inden 2025 med en sammensat årlig vækstrate (CAGR) på 9,67 % fra 2019 til 2025.
4. Siliciumcarbid enkeltkrystal
Markedet kan i øjeblikket fuldt ud understøtte væksten af siliciumcarbid (SiC) enkeltkrystaller med en diameter på 2 tommer og 3 tommer. Mange virksomheder har rapporteret om succesfuld vækst af 4-tommer 4H-type SiC enkeltkrystaller, hvilket markerer Kinas opnåelse af verdensklasseniveauer inden for SiC krystalvækstteknologi. Der er dog stadig et betydeligt hul før kommercialisering.
Generelt er SiC-barrer, der dyrkes ved hjælp af flydende fasemetoder, relativt små med en tykkelse på centimeterniveau. Dette er også en årsag til den høje pris på SiC-wafere.
XKH specialiserer sig i forskning og udvikling samt skræddersyet bearbejdning af centrale halvledermaterialer, herunder safir, siliciumcarbid (SiC), siliciumwafere og keramik, og dækker hele værdikæden fra krystalvækst til præcisionsbearbejdning. Ved at udnytte integrerede industrielle kapaciteter leverer vi højtydende safirwafere, siliciumcarbidsubstrater og siliciumwafere med ultrahøj renhed, understøttet af skræddersyede løsninger såsom specialskæring, overfladebelægning og fremstilling med kompleks geometri for at imødekomme ekstreme miljøkrav i lasersystemer, halvlederfremstilling og vedvarende energiapplikationer.
Vores produkter overholder kvalitetsstandarder og har præcision på mikronniveau, termisk stabilitet på >1500 °C og overlegen korrosionsbestandighed, hvilket sikrer pålidelighed under barske driftsforhold. Derudover leverer vi kvartssubstrater, metal-/ikke-metalliske materialer og andre halvlederkomponenter, hvilket muliggør problemfri overgang fra prototypefremstilling til masseproduktion for kunder på tværs af brancher.
Opslagstidspunkt: 29. august 2025