Ang mga nag-iisang kristal ay bihira sa kalikasan, at kahit na nangyari ang mga ito, kadalasan ang mga ito ay napakaliit—karaniwang nasa millimeter (mm) na sukat—at mahirap makuha. Ang mga naiulat na diamante, esmeralda, agata, atbp., sa pangkalahatan ay hindi pumapasok sa sirkulasyon ng merkado, pabayaan ang mga pang-industriyang aplikasyon; karamihan ay ipinapakita sa mga museo para sa eksibisyon. Gayunpaman, ang ilang mga solong kristal ay nagtataglay ng makabuluhang pang-industriya na halaga, tulad ng single-crystal na silicon sa integrated circuit industry, sapphire na karaniwang ginagamit sa optical lenses, at silicon carbide, na nakakakuha ng momentum sa third-generation semiconductors. Ang kakayahang mass-produce ang mga solong kristal na ito sa industriya ay hindi lamang kumakatawan sa lakas sa industriyal at siyentipikong teknolohiya kundi isang simbolo din ng kayamanan. Ang pangunahing kinakailangan para sa solong produksyon ng kristal sa industriya ay malaking sukat, dahil ito ay susi sa pagbawas ng mga gastos nang mas epektibo. Nasa ibaba ang ilang karaniwang nakikitang solong kristal sa merkado:
1. Sapphire Single Crystal
Ang sapphire single crystal ay tumutukoy sa α-Al₂O₃, na mayroong hexagonal crystal system, isang Mohs na tigas na 9, at matatag na mga katangian ng kemikal. Ito ay hindi matutunaw sa acidic o alkaline na corrosive na likido, lumalaban sa mataas na temperatura, at nagpapakita ng mahusay na paghahatid ng liwanag, thermal conductivity, at electrical insulation.
Kung ang Al ion sa kristal ay pinalitan ng Ti at Fe ions, ang kristal ay lilitaw na asul at tinatawag na sapiro. Kung papalitan ng mga Cr ions, ito ay lilitaw na pula at tinatawag na ruby. Gayunpaman, ang pang-industriyang sapphire ay purong α-Al₂O₃, walang kulay at transparent, walang mga dumi.
Ang pang-industriya na sapphire ay karaniwang nasa anyo ng mga wafer, 400–700 μm ang kapal at 4–8 pulgada ang lapad. Ang mga ito ay kilala bilang mga wafer at pinutol mula sa mga kristal na ingot. Ipinapakita sa ibaba ang isang bagong hinila na ingot mula sa iisang crystal furnace, hindi pa pinakintab o pinutol.
Noong 2018, matagumpay na napalago ng Jinghui Electronic Company sa Inner Mongolia ang pinakamalaking 450 kg na ultra-large-size na sapphire crystal sa buong mundo. Ang dating pinakamalaking sapphire crystal sa buong mundo ay isang 350 kg na kristal na ginawa sa Russia. Gaya ng nakikita sa larawan, ang kristal na ito ay may regular na hugis, ganap na transparent, walang mga bitak at mga hangganan ng butil, at may kaunting mga bula.
2. Single-Crystal Silicon
Sa kasalukuyan, ang single-crystal na silicon na ginagamit para sa integrated circuit chips ay may purity na 99.9999999% hanggang 99.999999999% (9–11 nines), at ang isang 420 kg na silicon ingot ay dapat na mapanatili ang isang mala-diamante na perpektong istraktura. Sa kalikasan, kahit isang karat (200 mg) na brilyante ay medyo bihira.
Ang pandaigdigang produksyon ng mga single-crystal silicon ingots ay pinangungunahan ng limang pangunahing kumpanya: Shin-Etsu ng Japan (28.0%), SUMCO ng Japan (21.9%), GlobalWafers ng Taiwan (15.1%), SK Siltron ng South Korea (11.6%), at Siltronic ng Germany (11.3%). Kahit na ang pinakamalaking semiconductor wafer manufacturer sa mainland China, ang NSIG, ay humahawak lamang ng halos 2.3% ng market share. Gayunpaman, bilang isang bagong dating, ang potensyal nito ay hindi dapat maliitin. Sa 2024, plano ng NSIG na mamuhunan sa isang proyekto upang i-upgrade ang 300 mm na produksiyon ng silicon wafer para sa mga integrated circuit, na may tinatayang kabuuang pamumuhunan na ¥13.2 bilyon.
Bilang hilaw na materyal para sa mga chips, ang high-purity na single-crystal silicon ingots ay umuusbong mula 6-inch hanggang 12-inch diameters. Ang mga nangungunang international chip foundry, gaya ng TSMC at GlobalFoundries, ay gumagawa ng mga chips mula sa 12-inch na silicon wafers bilang pangunahing merkado, habang ang 8-inch na wafers ay unti-unting inalis. Pangunahing ginagamit pa rin ng domestic leader na SMIC ang 6-inch na mga wafer. Sa kasalukuyan, tanging ang SUMCO ng Japan ang makakagawa ng high-purity na 12-inch na wafer substrates.
3. Gallium Arsenide
Ang mga wafer ng Gallium arsenide (GaAs) ay isang mahalagang materyal na semiconductor, at ang kanilang sukat ay isang kritikal na parameter sa proseso ng paghahanda.
Sa kasalukuyan, ang mga GaAs wafer ay karaniwang ginagawa sa mga sukat na 2 pulgada, 3 pulgada, 4 pulgada, 6 pulgada, 8 pulgada, at 12 pulgada. Kabilang sa mga ito, ang 6-pulgada na mga wafer ay isa sa pinakamalawak na ginagamit na mga pagtutukoy.
Ang maximum na diameter ng mga solong kristal na pinalaki ng pamamaraang Horizontal Bridgman (HB) ay karaniwang 3 pulgada, habang ang Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) na pamamaraan ay maaaring makagawa ng mga solong kristal na hanggang 12 pulgada ang lapad. Gayunpaman, ang paglago ng LEC ay nangangailangan ng mataas na gastos sa kagamitan at nagbubunga ng mga kristal na may hindi pagkakapareho at mataas na dislocation density. Ang mga pamamaraan ng Vertical Gradient Freeze (VGF) at Vertical Bridgman (VB) ay kasalukuyang makakagawa ng mga solong kristal na hanggang 8 pulgada ang lapad, na may medyo pare-parehong istraktura at mas mababang dislocation density.
Ang teknolohiya ng produksyon para sa 4-inch at 6-inch semi-insulating GaAs polished wafers ay pangunahing pinagkadalubhasaan ng tatlong kumpanya: Sumitomo Electric Industries ng Japan, Freiberger Compound Materials ng Germany, at AXT ng US. Pagsapit ng 2015, ang 6-inch na substrate ay umabot na ng higit sa 90% ng market share.
Noong 2019, ang pandaigdigang merkado ng substrate ng GaAs ay pinangungunahan ng Freiberger, Sumitomo, at Beijing Tongmei, na may mga bahagi ng merkado na 28%, 21%, at 13%, ayon sa pagkakabanggit. Ayon sa mga pagtatantya ng consulting firm na Yole, ang pandaigdigang benta ng mga substrate ng GaAs (na-convert sa katumbas na 2-pulgada) ay umabot sa humigit-kumulang 20 milyong piraso noong 2019 at inaasahang lalampas sa 35 milyong piraso sa 2025. Ang pandaigdigang merkado ng substrate ng GaAs ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang $200 milyon noong 2019 at inaasahang aabot sa $3425 milyon ang taunang rate ng paglago (CA) 9.67% mula 2019 hanggang 2025.
4. Silicon Carbide Single Crystal
Sa kasalukuyan, maaaring ganap na suportahan ng merkado ang paglaki ng 2-pulgada at 3-pulgada na diameter na silicon carbide (SiC) na solong kristal. Maraming mga kumpanya ang nag-ulat ng matagumpay na paglaki ng 4-pulgada na 4H-type na SiC na solong kristal, na nagmamarka ng tagumpay ng Tsina sa mga antas ng world-class sa teknolohiya ng paglago ng kristal ng SiC. Gayunpaman, mayroon pa ring malaking agwat bago ang komersyalisasyon.
Sa pangkalahatan, ang mga SiC ingot na lumaki sa pamamagitan ng mga liquid-phase na pamamaraan ay medyo maliit, na may kapal sa antas ng sentimetro. Isa rin itong dahilan para sa mataas na halaga ng SiC wafers.
Dalubhasa ang XKH sa R&D at customized na pagproseso ng mga core semiconductor na materyales, kabilang ang sapphire, silicon carbide (SiC), silicon wafers, at ceramics, na sumasaklaw sa buong value chain mula sa crystal growth hanggang sa precision machining. Gamit ang mga pinagsama-samang kakayahan sa industriya, nagbibigay kami ng mga sapphire wafer na may mataas na pagganap, mga substrate ng silicon carbide, at mga ultra-high-purity na silicon na wafer, na sinusuportahan ng mga iniangkop na solusyon tulad ng custom cutting, surface coating, at complex na geometry fabrication upang matugunan ang matinding pangangailangan sa kapaligiran sa mga sistema ng laser, paglalagay ng semiconductor na enerhiya, at renewable energy.
Ang pagsunod sa mga pamantayan ng kalidad, ang aming mga produkto ay nagtatampok ng katumpakan sa antas ng micron, >1500°C na thermal stability, at superior corrosion resistance, na tinitiyak ang pagiging maaasahan sa malupit na mga kondisyon ng operating. Bukod pa rito, nagbibigay kami ng mga quartz substrates, metal/non-metallic na materyales, at iba pang bahagi ng semiconductor-grade, na nagbibigay-daan sa tuluy-tuloy na mga transition mula sa prototyping patungo sa mass production para sa mga kliyente sa mga industriya.
Oras ng post: Ago-29-2025