Einkristallar eru sjaldgæfir í náttúrunni og jafnvel þegar þeir koma fyrir eru þeir yfirleitt mjög smáir – oftast á millimetra (mm) – og erfitt að nálgast þá. Demantar, smaragðar, agatar o.s.frv. komast almennt ekki á markað, hvað þá í iðnaði; flestir eru sýndir á söfnum. Hins vegar hafa sumir einkristallar verulegt iðnaðarlegt gildi, svo sem einkristallskísill í samþættum hringrásariðnaði, safír sem almennt er notaður í ljósleiðaralinsur og kísillkarbíð, sem er að ná vinsældum í þriðju kynslóð hálfleiðara. Hæfni til að fjöldaframleiða þessa einkristalla í iðnaði táknar ekki aðeins styrk í iðnaðar- og vísindatækni heldur er einnig tákn um auð. Helsta skilyrðið fyrir framleiðslu á einkristallum í greininni er stór stærð, þar sem það er lykillinn að því að draga úr kostnaði á skilvirkari hátt. Hér að neðan eru nokkrir algengir einkristallar á markaðnum:
1. Safír einkristall
Safír-einkristall vísar til α-Al₂O₃, sem hefur sexhyrnt kristallakerfi, Mohs hörku 9 og stöðuga efnafræðilega eiginleika. Það er óleysanlegt í súrum eða basískum ætandi vökvum, þolir háan hita og sýnir framúrskarandi ljósleiðni, varmaleiðni og rafeinangrun.
Ef Al-jónir í kristalnum eru skipt út fyrir Ti- og Fe-jónir, verður kristallinn blár og kallast safír. Ef Cr-jónir koma í staðinn, verður hann rauður og kallast rúbín. Hins vegar er iðnaðarsafír hreinn α-Al₂O₃, litlaus og gegnsær, án óhreininda.
Iðnaðarsafír er yfirleitt myndaður sem skífur, 400–700 μm þykkar og 4–8 tommur í þvermál. Þessar skífur eru skornar úr kristalstöngum. Hér að neðan er sýnd nýdregin stöng úr einkristallsofni, ekki enn slípuð eða skorin.
Árið 2018 tókst Jinghui Electronic Company í Innri Mongólíu að framleiða stærsta 450 kg afarstóra safírkristall í heimi. Sá stærsti safírkristall í heiminum sem áður var framleiddur í Rússlandi var 350 kg. Eins og sést á myndinni hefur þessi kristall reglulega lögun, er fullkomlega gegnsær, laus við sprungur og kornamörk og hefur fáar loftbólur.
2. Einkristalls kísill
Eins og er hefur einkristallað kísill, sem notað er í samþættar hringrásarflísar, hreinleika upp á 99,99999999% til 99,999999999% (9–11 níur), og 420 kg kísillstöng verður að viðhalda fullkominni demantslíkri uppbyggingu. Í náttúrunni er jafnvel eins karats (200 mg) demantur tiltölulega sjaldgæfur.
Fimm stórfyrirtæki ráða ríkjum í heimsframleiðslu á einkristalla kísilstöngum: Shin-Etsu frá Japan (28,0%), SUMCO frá Japan (21,9%), GlobalWafers frá Taívan (15,1%), SK Siltron frá Suður-Kóreu (11,6%) og Siltronic frá Þýskalandi (11,3%). Jafnvel stærsti framleiðandi hálfleiðaraskífa á meginlandi Kína, NSIG, hefur aðeins um 2,3% markaðshlutdeild. Engu að síður ætti ekki að vanmeta möguleika þess sem nýliða. Árið 2024 hyggst NSIG fjárfesta í verkefni til að uppfæra framleiðslu á 300 mm kísilskífum fyrir samþættar hringrásir, með áætlaðri heildarfjárfestingu upp á 13,2 milljarða jen.
Sem hráefni fyrir örgjörva eru hágæða einkristalla kísilstönglar að þróast úr 6 tommu í 12 tommu þvermál. Leiðandi alþjóðlegar örgjörvaframleiðslustöðvar, eins og TSMC og GlobalFoundries, eru að framleiða örgjörva úr 12 tommu kísilskífum á markaðnum, en 8 tommu skífur eru smám saman að verða útrýmt. Innlendi leiðtoginn SMIC notar enn aðallega 6 tommu skífur. Eins og er er það aðeins japanska fyrirtækið SUMCO sem getur framleitt hágæða 12 tommu skífuundirlag.
3. Gallíumarseníð
Gallíumarseníð (GaAs) skífur eru mikilvægt hálfleiðaraefni og stærð þeirra er mikilvægur þáttur í framleiðsluferlinu.
Eins og er eru GaAs-skífur yfirleitt framleiddar í stærðunum 2 tommur, 3 tommur, 4 tommur, 6 tommur, 8 tommur og 12 tommur. Meðal þeirra eru 6 tommu skífur ein algengasta gerðin.
Hámarksþvermál einkristalla sem ræktaðir eru með Horizontal Bridgman (HB) aðferðinni er almennt 3 tommur, en Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) aðferðin getur framleitt einkristalla allt að 12 tommur í þvermál. Hins vegar krefst LEC vöxtur mikils búnaðarkostnaðar og gefur kristalla með ójöfnu formi og mikilli tilfærsluþéttleika. Vertical Gradient Freeze (VGF) og Vertical Bridgman (VB) aðferðirnar geta nú framleitt einkristalla allt að 8 tommur í þvermál, með tiltölulega einsleitri uppbyggingu og lægri tilfærsluþéttleika.
Framleiðslutækni fyrir 4 tommu og 6 tommu hálfeinangrandi slípaðar GaAs-skífur er aðallega hjá þremur fyrirtækjum: Sumitomo Electric Industries í Japan, Freiberger Compound Materials í Þýskalandi og AXT í Bandaríkjunum. Árið 2015 námu 6 tommu undirlögum þegar yfir 90% af markaðshlutdeildinni.
Árið 2019 var alþjóðlegur GaAs undirlagsmarkaður undir stjórn Freiberger, Sumitomo og Beijing Tongmei, með 28%, 21% og 13% markaðshlutdeild, talið í sömu röð. Samkvæmt áætlunum ráðgjafarfyrirtækisins Yole náði alþjóðleg sala GaAs undirlaga (umreiknuð í 2 tommu jafngildi) um það bil 20 milljónum eininga árið 2019 og er spáð að hún muni fara yfir 35 milljónir eininga árið 2025. Alþjóðlegur GaAs undirlagsmarkaður var metinn á um 200 milljónir Bandaríkjadala árið 2019 og er gert ráð fyrir að hann nái 348 milljónum Bandaríkjadala árið 2025, með samsettum árlegum vexti (CAGR) upp á 9,67% frá 2019 til 2025.
4. Kísilkarbíð einkristall
Eins og er getur markaðurinn að fullu stutt við vöxt einkristalla úr kísilkarbíði (SiC) með 2 tommu og 3 tommu þvermál. Mörg fyrirtæki hafa greint frá því að vöxtur 4 tommu 4H-gerð SiC einkristalla hafi tekist vel, sem markar að Kína hafi náð heimsklassa stigi í tækni fyrir vöxt SiC kristalla. Hins vegar er enn töluvert bil í markaðssetningu.
Almennt eru SiC-stönglar sem ræktaðir eru með vökvafasaaðferðum tiltölulega smáir, með þykkt upp á sentimetra. Þetta er einnig ástæða fyrir háu verði SiC-skífna.
XKH sérhæfir sig í rannsóknum og þróun og sérsniðinni vinnslu á kjarna hálfleiðaraefna, þar á meðal safír, kísilkarbíð (SiC), kísilþynnum og keramik, sem nær yfir alla virðiskeðjuna frá kristalvöxt til nákvæmrar vinnslu. Með því að nýta samþætta iðnaðargetu bjóðum við upp á afkastamiklar safírþynnur, kísilkarbíð undirlag og afar hreinar kísilþynnur, studdar af sérsniðnum lausnum eins og sérsniðinni skurði, yfirborðshúðun og flókinni rúmfræðiframleiðslu til að mæta miklum umhverfiskröfum í leysikerfum, hálfleiðaraframleiðslu og endurnýjanlegri orku.
Vörur okkar eru í samræmi við gæðastaðla og eru með nákvæmni upp á míkron, hitastöðugleika upp á >1500°C og framúrskarandi tæringarþol, sem tryggir áreiðanleika við erfiðar rekstraraðstæður. Að auki bjóðum við upp á kvars undirlag, málm-/ómálmefni og aðra hálfleiðaraíhluti, sem gerir kleift að framkvæma óaðfinnanlegar breytingar frá frumgerðasmíði til fjöldaframleiðslu fyrir viðskiptavini í öllum atvinnugreinum.
Birtingartími: 29. ágúst 2025