Monocristalele sunt rare în natură și, chiar și atunci când apar, sunt de obicei foarte mici - de obicei la scara milimetrică (mm) - și dificil de obținut. Diamantele, smaraldele, agatele etc. raportate, în general, nu intră pe piață, darămite în aplicații industriale; majoritatea sunt expuse în muzee pentru expoziții. Cu toate acestea, unele monocristale au o valoare industrială semnificativă, cum ar fi siliciul monocristal din industria circuitelor integrate, safirul utilizat în mod obișnuit în lentilele optice și carbura de siliciu, care câștigă teren în semiconductorii de a treia generație. Capacitatea de a produce în masă aceste monocristale industrial nu reprezintă doar forța în tehnologia industrială și științifică, ci este și un simbol al bogăției. Principala cerință pentru producția de monocristale în industrie este dimensiunea mare, deoarece aceasta este esențială pentru reducerea mai eficientă a costurilor. Mai jos sunt prezentate câteva monocristale întâlnite frecvent pe piață:
1. Monocristal de safir
Monocristalul de safir se referă la α-Al₂O₃, care are un sistem cristalin hexagonal, o duritate Mohs de 9 și proprietăți chimice stabile. Este insolubil în lichide corozive acide sau alcaline, rezistent la temperaturi ridicate și prezintă o transmisie excelentă a luminii, conductivitate termică și izolație electrică.
Dacă ionii de Al din cristal sunt înlocuiți cu ioni de Ti și Fe, cristalul apare albastru și se numește safir. Dacă este înlocuit cu ioni de Cr, apare roșu și se numește rubin. Cu toate acestea, safirul industrial este α-Al₂O₃ pur, incolor și transparent, fără impurități.
Safirul industrial se prezintă de obicei sub formă de napolitane, cu grosimea de 400–700 μm și diametrul de 4–8 inci. Acestea sunt cunoscute sub numele de napolitane și sunt tăiate din lingouri de cristal. Mai jos este prezentat un lingou proaspăt extras dintr-un cuptor cu monocristal, nelustruit sau tăiat încă.
În 2018, compania electronică Jinghui din Mongolia Interioară a reușit să creeze cel mai mare cristal de safir de dimensiuni ultra-mare din lume, de 450 kg. Cel mai mare cristal de safir anterior la nivel global era un cristal de 350 kg, produs în Rusia. După cum se vede în imagine, acest cristal are o formă regulată, este complet transparent, fără fisuri și limite de granulație și are puține bule.
2. Siliciu monocristalin
În prezent, siliciul monocristalin utilizat pentru cipurile de circuite integrate are o puritate de 99,9999999% până la 99,999999999% (9–11 nouă), iar un lingou de siliciu de 420 kg trebuie să mențină o structură perfectă, asemănătoare diamantului. În natură, chiar și un diamant de un carat (200 mg) este relativ rar.
Producția globală de lingouri de siliciu monocristalin este dominată de cinci companii majore: Shin-Etsu din Japonia (28,0%), SUMCO din Japonia (21,9%), GlobalWafers din Taiwan (15,1%), SK Siltron din Coreea de Sud (11,6%) și Siltronic din Germania (11,3%). Chiar și cel mai mare producător de napolitane semiconductoare din China continentală, NSIG, deține doar aproximativ 2,3% din cota de piață. Cu toate acestea, ca nou-venit, potențialul său nu ar trebui subestimat. În 2024, NSIG intenționează să investească într-un proiect de modernizare a producției de napolitane de siliciu de 300 mm pentru circuite integrate, cu o investiție totală estimată la 13,2 miliarde yeni.
Ca materie primă pentru cipuri, lingourile de siliciu monocristalin de înaltă puritate evoluează de la diametre de 6 inci la 12 inci. Turnătoriile internaționale de cipuri de top, cum ar fi TSMC și GlobalFoundries, transformă cipurile din napolitane de siliciu de 12 inci în principalul segment de piață, în timp ce napolitanele de 8 inci sunt eliminate treptat. Liderul autohton SMIC utilizează în continuare în principal napolitane de 6 inci. În prezent, doar compania japoneză SUMCO poate produce substraturi de napolitane de înaltă puritate de 12 inci.
3. Arseniură de galiu
Napolitanele de arseniură de galiu (GaAs) sunt un material semiconductor important, iar dimensiunea lor este un parametru critic în procesul de preparare.
În prezent, napolitanele de GaAs sunt produse de obicei în dimensiuni de 2 inci, 3 inci, 4 inci, 6 inci, 8 inci și 12 inci. Printre acestea, napolitanele de 6 inci sunt printre cele mai utilizate specificații.
Diametrul maxim al monocristalelor crescute prin metoda Bridgman orizontală (HB) este în general de 7,6 cm, în timp ce metoda Czochralski încapsulată în lichid (LEC) poate produce monocristale cu diametrul de până la 30,5 cm. Cu toate acestea, creșterea LEC necesită costuri ridicate ale echipamentelor și produce cristale cu neuniformitate și densitate mare de dislocații. Metodele Vertical Gradient Freeze (VGF) și Vertical Bridgman (VB) pot produce în prezent monocristale cu diametrul de până la 20,2 cm, cu o structură relativ uniformă și o densitate mai mică de dislocații.
Tehnologia de producție pentru napolitane semiizolante din GaAs lustruite de 4 și 6 inci este stăpânită în principal de trei companii: Sumitomo Electric Industries din Japonia, Freiberger Compound Materials din Germania și AXT din SUA. Până în 2015, substraturile de 6 inci reprezentau deja peste 90% din cota de piață.
În 2019, piața globală a substraturilor de GaAs a fost dominată de Freiberger, Sumitomo și Beijing Tongmei, cu cote de piață de 28%, 21% și, respectiv, 13%. Conform estimărilor firmei de consultanță Yole, vânzările globale de substraturi de GaAs (convertite în echivalente de 2 inci) au ajuns la aproximativ 20 de milioane de bucăți în 2019 și se preconizează că vor depăși 35 de milioane de bucăți până în 2025. Piața globală a substraturilor de GaAs a fost evaluată la aproximativ 200 de milioane de dolari în 2019 și se așteaptă să ajungă la 348 de milioane de dolari până în 2025, cu o rată anuală compusă de creștere (CAGR) de 9,67% din 2019 până în 2025.
4. Monocristal de carbură de siliciu
În prezent, piața poate susține pe deplin creșterea monocristalelor de carbură de siliciu (SiC) cu diametrul de 2 inci și 3 inci. Multe companii au raportat o creștere cu succes a monocristalelor de SiC de tip 4H de 4 inci, marcând atingerea de către China a unor niveluri de clasă mondială în tehnologia de creștere a cristalelor de SiC. Cu toate acestea, există încă un decalaj semnificativ înainte de comercializare.
În general, lingourile de SiC crescute prin metode în fază lichidă sunt relativ mici, cu grosimi de ordinul centimetrilor. Acesta este, de asemenea, un motiv pentru costul ridicat al napolitanelor de SiC.
XKH este specializată în cercetare și dezvoltare și procesarea personalizată a materialelor semiconductoare de bază, inclusiv safir, carbură de siliciu (SiC), napolitane de siliciu și ceramică, acoperind întregul lanț valoric, de la creșterea cristalelor până la prelucrarea de precizie. Valorificând capacitățile industriale integrate, oferim napolitane de safir de înaltă performanță, substraturi de carbură de siliciu și napolitane de siliciu de ultra-puritate, susținute de soluții personalizate, cum ar fi tăierea personalizată, acoperirea suprafeței și fabricarea cu geometrii complexe, pentru a satisface cerințele extreme de mediu în sistemele laser, fabricarea semiconductorilor și aplicațiile de energie regenerabilă.
Respectând standardele de calitate, produsele noastre se caracterizează prin precizie la nivel micronic, stabilitate termică >1500°C și rezistență superioară la coroziune, asigurând fiabilitate în condiții dure de funcționare. În plus, furnizăm substraturi de cuarț, materiale metalice/nemetalice și alte componente de calitate semiconductoare, permițând tranziții fără probleme de la prototipare la producția de masă pentru clienți din toate industriile.
Data publicării: 29 august 2025