تک بلورهای تازه رشد یافته

تک بلورها در طبیعت کمیاب هستند و حتی وقتی وجود دارند، معمولاً بسیار کوچک هستند - معمولاً در مقیاس میلی‌متر - و به دست آوردن آنها دشوار است. الماس‌ها، زمردها، عقیق‌ها و غیره که گزارش شده‌اند، عموماً وارد گردش بازار نمی‌شوند، چه رسد به کاربردهای صنعتی؛ بیشتر آنها در موزه‌ها برای نمایش به نمایش گذاشته می‌شوند. با این حال، برخی از تک بلورها ارزش صنعتی قابل توجهی دارند، مانند سیلیکون تک بلور در صنعت مدارهای مجتمع، یاقوت کبود که معمولاً در لنزهای نوری استفاده می‌شود و کاربید سیلیکون که در نیمه‌هادی‌های نسل سوم در حال افزایش است. توانایی تولید انبوه این تک بلورها به صورت صنعتی نه تنها نشان دهنده قدرت در فناوری صنعتی و علمی است، بلکه نمادی از ثروت نیز می‌باشد. نیاز اصلی برای تولید تک بلور در صنعت، اندازه بزرگ است، زیرا این کلید کاهش مؤثرتر هزینه‌ها است. در زیر برخی از تک بلورهای رایج در بازار آمده است:

۱. تک کریستال یاقوت کبود
تک بلور یاقوت کبود به α-Al₂O₃ اشاره دارد که دارای سیستم بلوری شش ضلعی، سختی Mohs 9 و خواص شیمیایی پایدار است. این ماده در مایعات خورنده اسیدی یا قلیایی نامحلول است، در برابر دماهای بالا مقاوم است و انتقال نور، رسانایی حرارتی و عایق الکتریکی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد.

اگر یون‌های Al در بلور با یون‌های Ti و Fe جایگزین شوند، بلور آبی رنگ به نظر می‌رسد و یاقوت کبود نامیده می‌شود. اگر با یون‌های Cr جایگزین شود، قرمز رنگ به نظر می‌رسد و یاقوت نامیده می‌شود. با این حال، یاقوت کبود صنعتی α-Al₂O₃ خالص، بی‌رنگ و شفاف و بدون ناخالصی است.

یاقوت کبود صنعتی معمولاً به شکل ویفرهایی با ضخامت ۴۰۰ تا ۷۰۰ میکرومتر و قطر ۴ تا ۸ اینچ است. این ویفرها به عنوان ویفر شناخته می‌شوند و از شمش‌های کریستالی برش داده می‌شوند. در زیر یک شمش تازه کشیده شده از کوره تک کریستالی نشان داده شده است که هنوز صیقل داده نشده یا برش نخورده است.

در سال ۲۰۱۸، شرکت الکترونیکی جینگهویی در مغولستان داخلی با موفقیت بزرگترین کریستال یاقوت کبود فوق بزرگ ۴۵۰ کیلوگرمی جهان را پرورش داد. بزرگترین کریستال یاقوت کبود قبلی در سطح جهان، کریستالی ۳۵۰ کیلوگرمی بود که در روسیه تولید شده بود. همانطور که در تصویر مشاهده می‌شود، این کریستال شکلی منظم، کاملاً شفاف، بدون ترک و مرز دانه و دارای حباب‌های کم دارد.

۲. سیلیکون تک کریستالی
در حال حاضر، سیلیکون تک کریستالی مورد استفاده برای تراشه‌های مدار مجتمع دارای خلوصی بین ۹۹.۹۹۹۹۹۹۹۹٪ تا ۹۹.۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹٪ (۹-۱۱ نه) است و یک شمش سیلیکون ۴۲۰ کیلوگرمی باید ساختار کاملی مانند الماس داشته باشد. در طبیعت، حتی یک الماس یک قیراطی (۲۰۰ میلی‌گرم) نیز نسبتاً نادر است.

تولید جهانی شمش‌های سیلیکون تک کریستالی تحت سلطه پنج شرکت بزرگ است: شین-اتسو ژاپن (28.0٪)، سومکو ژاپن (21.9٪)، گلوبال‌ویفر تایوان (15.1٪)، اس‌کی سیلترون کره جنوبی (11.6٪) و سیلترون آلمان (11.3٪). حتی بزرگترین تولیدکننده ویفر نیمه‌هادی در سرزمین اصلی چین، NSIG، تنها حدود 2.3٪ از سهم بازار را در اختیار دارد. با این وجود، به عنوان یک تازه وارد، نباید پتانسیل آن را دست کم گرفت. در سال 2024، NSIG قصد دارد در پروژه‌ای برای ارتقاء تولید ویفر سیلیکونی 300 میلی‌متری برای مدارهای مجتمع، با سرمایه‌گذاری کل تخمینی 13.2 میلیارد ین، سرمایه‌گذاری کند.

شمش‌های سیلیکون تک کریستالی با خلوص بالا به عنوان ماده اولیه تراشه‌ها، از قطر ۶ اینچ به ۱۲ اینچ در حال تکامل هستند. شرکت‌های پیشرو در ریخته‌گری تراشه بین‌المللی، مانند TSMC و GlobalFoundries، تراشه‌هایی از ویفرهای سیلیکونی ۱۲ اینچی را به جریان اصلی بازار تبدیل کرده‌اند، در حالی که ویفرهای ۸ اینچی به تدریج در حال حذف شدن هستند. شرکت پیشرو داخلی SMIC هنوز هم عمدتاً از ویفرهای ۶ اینچی استفاده می‌کند. در حال حاضر، فقط شرکت SUMCO ژاپن می‌تواند زیرلایه‌های ویفر ۱۲ اینچی با خلوص بالا تولید کند.

۳. گالیوم آرسنید
ویفرهای گالیوم آرسنید (GaAs) یک ماده نیمه‌هادی مهم هستند و اندازه آنها یک پارامتر حیاتی در فرآیند آماده‌سازی است.

در حال حاضر، ویفرهای GaAs معمولاً در اندازه‌های ۲ اینچ، ۳ اینچ، ۴ اینچ، ۶ اینچ، ۸ اینچ و ۱۲ اینچ تولید می‌شوند. در این میان، ویفرهای ۶ اینچی یکی از پرکاربردترین مشخصات هستند.

حداکثر قطر تک بلورهای رشد یافته با روش بریجمن افقی (HB) عموماً 3 اینچ است، در حالی که روش چکرالسکی کپسوله شده با مایع (LEC) می‌تواند تک بلورهایی با قطر تا 12 اینچ تولید کند. با این حال، رشد LEC نیاز به هزینه‌های بالای تجهیزات دارد و بلورهایی با غیریکنواختی و چگالی نابجایی بالا تولید می‌کند. روش‌های انجماد گرادیان عمودی (VGF) و بریجمن عمودی (VB) در حال حاضر می‌توانند تک بلورهایی با قطر تا 8 اینچ، با ساختار نسبتاً یکنواخت و چگالی نابجایی کمتر تولید کنند.

فناوری تولید ویفرهای صیقلی نیمه عایق GaAs با اندازه‌های ۴ و ۶ اینچ، عمدتاً توسط سه شرکت تسلط دارد: شرکت Sumitomo Electric Industries ژاپن، شرکت Freiberger Compound Materials آلمان و شرکت AXT آمریکا. تا سال ۲۰۱۵، زیرلایه‌های ۶ اینچی بیش از ۹۰ درصد سهم بازار را به خود اختصاص داده بودند.

در سال ۲۰۱۹، بازار جهانی زیرلایه GaAs تحت سلطه شرکت‌های Freiberger، Sumitomo و Beijing Tongmei بود که به ترتیب ۲۸٪، ۲۱٪ و ۱۳٪ سهم بازار را در اختیار داشتند. طبق برآوردهای شرکت مشاوره Yole، فروش جهانی زیرلایه‌های GaAs (تبدیل شده به معادل‌های ۲ اینچی) در سال ۲۰۱۹ تقریباً به ۲۰ میلیون قطعه رسید و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۵ از ۳۵ میلیون قطعه فراتر رود. بازار جهانی زیرلایه GaAs در سال ۲۰۱۹ حدود ۲۰۰ میلیون دلار ارزش‌گذاری شد و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۵ به ۳۴۸ میلیون دلار برسد و نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) آن از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵، ۹.۶۷٪ باشد.

۴. تک کریستال کاربید سیلیکون
در حال حاضر، بازار می‌تواند به طور کامل از رشد تک بلورهای کاربید سیلیکون (SiC) با قطر 2 و 3 اینچ پشتیبانی کند. بسیاری از شرکت‌ها رشد موفقیت‌آمیز تک بلورهای SiC از نوع 4H با قطر 4 اینچ را گزارش کرده‌اند که نشان‌دهنده دستیابی چین به سطوح جهانی در فناوری رشد بلور SiC است. با این حال، هنوز فاصله قابل توجهی تا تجاری‌سازی وجود دارد.

به طور کلی، شمش‌های SiC که با روش‌های فاز مایع رشد داده می‌شوند، نسبتاً کوچک هستند و ضخامت آنها در حد سانتی‌متر است. این نیز دلیل هزینه بالای ویفرهای SiC است.

شرکت XKH در زمینه تحقیق و توسعه و پردازش سفارشی مواد نیمه‌هادی اصلی، از جمله یاقوت کبود، کاربید سیلیکون (SiC)، ویفرهای سیلیکونی و سرامیک‌ها تخصص دارد و زنجیره ارزش کامل از رشد کریستال تا ماشینکاری دقیق را پوشش می‌دهد. ما با بهره‌گیری از قابلیت‌های صنعتی یکپارچه، ویفرهای یاقوت کبود با کارایی بالا، زیرلایه‌های کاربید سیلیکون و ویفرهای سیلیکونی با خلوص فوق‌العاده بالا را ارائه می‌دهیم که با راه‌حل‌های سفارشی مانند برش سفارشی، پوشش سطح و ساخت هندسه پیچیده پشتیبانی می‌شوند تا نیازهای شدید زیست‌محیطی را در سیستم‌های لیزری، ساخت نیمه‌هادی‌ها و کاربردهای انرژی تجدیدپذیر برآورده کنند.

محصولات ما با رعایت استانداردهای کیفیت، دارای دقت در سطح میکرون، پایداری حرارتی >1500 درجه سانتیگراد و مقاومت در برابر خوردگی برتر هستند که قابلیت اطمینان را در شرایط عملیاتی سخت تضمین می‌کند. علاوه بر این، ما زیرلایه‌های کوارتز، مواد فلزی/غیرفلزی و سایر قطعات درجه نیمه‌هادی را تأمین می‌کنیم و امکان انتقال یکپارچه از نمونه‌سازی اولیه به تولید انبوه را برای مشتریان در صنایع مختلف فراهم می‌کنیم.