Safirkrystaller fremstilles af aluminiumoxidpulver med høj renhed og en renhed på >99,995%, hvilket gør dem til det område med størst efterspørgsel efter aluminiumoxid med høj renhed. De udviser høj styrke, høj hårdhed og stabile kemiske egenskaber, hvilket gør dem i stand til at fungere i barske miljøer såsom høje temperaturer, korrosion og slag. De anvendes i vid udstrækning inden for nationalt forsvar, civil teknologi, mikroelektronik og andre områder.
Fra aluminiumoxidpulver med høj renhed til safirkrystaller
1. Nøgleanvendelser af safir
I forsvarssektoren anvendes safirkrystaller primært til infrarøde vinduer til missiler. Moderne krigsførelse kræver høj præcision i missiler, og det infrarøde optiske vindue er en kritisk komponent for at opnå dette krav. I betragtning af at missiler oplever intens aerodynamisk varme og stød under højhastighedsflyvning, sammen med barske kampmiljøer, skal radomen have høj styrke, slagfasthed og evnen til at modstå erosion fra sand, regn og andre barske vejrforhold. Safirkrystaller, med deres fremragende lystransmission, overlegne mekaniske egenskaber og stabile kemiske egenskaber, er blevet et ideelt materiale til infrarøde vinduer til missiler.
LED-substrater repræsenterer den største anvendelse af safir. LED-belysning betragtes som den tredje revolution efter lysstofrør og energibesparende lamper. Princippet bag LED'er involverer omdannelse af elektrisk energi til lysenergi. Når strøm passerer gennem en halvleder, kombineres huller og elektroner, hvilket frigiver overskydende energi i form af lys, hvilket i sidste ende producerer belysning. LED-chipteknologi er baseret på epitaksiale wafere, hvor gasformige materialer aflejres lag for lag på et substrat. De vigtigste substratmaterialer omfatter siliciumsubstrater, siliciumcarbidsubstrater og safirsubstrater. Blandt disse tilbyder safirsubstrater betydelige fordele i forhold til de to andre, herunder enhedsstabilitet, moden fremstillingsteknologi, ikke-absorption af synligt lys, god lystransmission og moderate omkostninger. Data viser, at 80 % af globale LED-virksomheder bruger safir som deres substratmateriale.
Ud over de førnævnte anvendelser bruges safirkrystaller også i mobiltelefonskærme, medicinsk udstyr, smykkedekoration og som vinduesmaterialer til forskellige videnskabelige detektionsinstrumenter såsom linser og prismer.
2. Markedsstørrelse og udsigter
Drevet af politisk støtte og de voksende anvendelsesscenarier for LED-chips forventes efterspørgslen efter safirsubstrater og deres markedsstørrelse at opnå en tocifret vækst. I 2025 forventes forsendelsesvolumenet af safirsubstrater at nå 103 millioner stykker (konverteret til 4-tommer substrater), hvilket repræsenterer en stigning på 63 % i forhold til 2021 med en sammensat årlig vækstrate (CAGR) på 13 % fra 2021 til 2025. Markedsstørrelsen for safirsubstrater forventes at nå 8 milliarder yen i 2025, en stigning på 108 % i forhold til 2021, med en sammensat årlig vækstrate på 20 % fra 2021 til 2025. Som "forløberen" for substrater er markedsstørrelsen og væksttendensen for safirkrystaller tydelig.
3. Fremstilling af safirkrystaller
Siden 1891, hvor den franske kemiker Verneuil A. opfandt flammefusionsmetoden til at producere kunstige ædelstenskrystaller for første gang, har studiet af kunstig safirkrystalvækst strakt sig over et århundrede. I denne periode har fremskridt inden for videnskab og teknologi drevet omfattende forskning i safirvækstteknikker for at imødekomme industrielle krav om højere krystalkvalitet, forbedrede udnyttelsesgrader og reducerede produktionsomkostninger. Forskellige nye metoder og teknologier er dukket op til dyrkning af safirkrystaller, såsom Czochralski-metoden, Kyropoulos-metoden, kantdefineret filmfodret vækst (EFG)-metoden og varmevekslingsmetoden (HEM).
3.1 Czochralski-metoden til dyrkning af safirkrystaller
Czochralski-metoden, der blev udviklet af Czochralski J. i 1918, er også kendt som Czochralski-teknikken (forkortet Cz-metoden). I 1964 anvendte Poladino AE og Rotter BD denne metode for første gang til at dyrke safirkrystaller. Til dato har den produceret et stort antal safirkrystaller af høj kvalitet. Princippet involverer smeltning af råmaterialet for at danne en smelte, hvorefter et enkeltkrystalfrø dyppes ned i smelteoverfladen. På grund af temperaturforskellen ved grænsefladen mellem fast stof og væske forekommer der underkøling, hvilket får smelten til at størkne på frøoverfladen og begynde at vokse som en enkeltkrystal med samme krystalstruktur som frøet. Frøet trækkes langsomt opad, mens det roterer med en bestemt hastighed. Når frøet trækkes, størkner smelten gradvist ved grænsefladen og danner en enkeltkrystal. Denne metode, der involverer at trække en krystal ud af smelten, er en af de almindelige teknikker til fremstilling af enkeltkrystaller af høj kvalitet.
Fordelene ved Czochralski-metoden omfatter: (1) hurtig væksthastighed, der muliggør produktion af enkeltkrystaller af høj kvalitet på kort tid; (2) krystaller vokser på smelteoverfladen uden kontakt med digelvæggen, hvilket effektivt reducerer indre spændinger og forbedrer krystalkvaliteten. En væsentlig ulempe ved denne metode er imidlertid vanskeligheden ved at dyrke krystaller med stor diameter, hvilket gør den mindre egnet til produktion af store krystaller.
3.2 Kyropoulos-metoden til dyrkning af safirkrystaller
Kyropoulos-metoden, opfundet af Kyropoulos i 1926 (forkortet KY-metoden), har ligheder med Czochralski-metoden. Den involverer at dyppe en podekrystal ned i smelteoverfladen og langsomt trække den opad for at danne en hals. Når størkningshastigheden ved smelte-kim-grænsefladen stabiliserer sig, trækkes eller roteres kimen ikke længere. I stedet styres afkølingshastigheden for at tillade enkeltkrystallen at størkne gradvist fra toppen og nedad, hvilket i sidste ende danner en enkeltkrystal.
Kyropoulos-processen producerer krystaller med høj kvalitet, lav defektdensitet, stor og gunstig omkostningseffektivitet.
3.3 Kantdefineret filmfodret vækstmetode (EFG) til dyrkning af safirkrystaller
EFG-metoden er en teknologi til vækst af formet krystal. Princippet involverer at placere en smelte med højt smeltepunkt i en form. Smelten trækkes op til toppen af formen via kapillærvirkning, hvor den kommer i kontakt med podekrystallen. Når podekrystallen trækkes ud, og smelten størkner, dannes en enkelt krystal. Størrelsen og formen på formkanten begrænser krystallens dimensioner. Derfor har denne metode visse begrænsninger og er primært egnet til formede safirkrystaller såsom rør og U-formede profiler.
3.4 Varmevekslingsmetode (HEM) til dyrkning af safirkrystaller
Varmevekslingsmetoden til fremstilling af store safirkrystaller blev opfundet af Fred Schmid og Dennis i 1967. HEM-systemet har fremragende varmeisolering, uafhængig kontrol af temperaturgradienten i smelten og krystallen samt god kontrollerbarhed. Det producerer relativt let safirkrystaller med lav dislokation og store ...
Fordelene ved HEM-metoden omfatter fraværet af bevægelse i diglen, krystallen og varmelegemet under vækst, hvilket eliminerer trækhandlinger som dem i Kyropoulos- og Czochralski-metoderne. Dette reducerer menneskelig indblanding og undgår krystaldefekter forårsaget af mekanisk bevægelse. Derudover kan kølehastigheden kontrolleres for at minimere termisk stress og deraf følgende krystalrevne- og dislokationsdefekter. Denne metode muliggør vækst af store krystaller, er relativt nem at betjene og har lovende udviklingsmuligheder.
Med dybdegående ekspertise inden for safirkrystalvækst og præcisionsbehandling leverer XKH komplette, brugerdefinerede safirwaferløsninger, der er skræddersyet til forsvars-, LED- og optoelektronikapplikationer. Ud over safir leverer vi et komplet udvalg af højtydende halvledermaterialer, herunder siliciumcarbid (SiC)-wafere, siliciumwafere, SiC-keramiske komponenter og kvartsprodukter. Vi sikrer enestående kvalitet, pålidelighed og teknisk support på tværs af alle materialer og hjælper kunder med at opnå banebrydende ydeevne i avancerede industrielle og forskningsmæssige applikationer.
Opslagstidspunkt: 29. august 2025