ახლად მოყვანილი მონოკრისტალები

მონოკრისტალები ბუნებით იშვიათია და მაშინაც კი, როდესაც ისინი გვხვდება, ისინი, როგორც წესი, ძალიან პატარაა - როგორც წესი, მილიმეტრის (მმ) მასშტაბით - და მათი მოპოვება რთულია. ცნობების თანახმად, ბრილიანტები, ზურმუხტები, აქატები და ა.შ., როგორც წესი, არ შედის ბაზარზე მიმოქცევაში, რომ აღარაფერი ვთქვათ სამრეწველო გამოყენებაზე; მათი უმეტესობა მუზეუმებშია გამოფენილი გამოფენის მიზნით. თუმცა, ზოგიერთ მონოკრისტალს მნიშვნელოვანი სამრეწველო ღირებულება აქვს, როგორიცაა ინტეგრირებული სქემების ინდუსტრიაში მონოკრისტალური სილიციუმი, საფირონი, რომელიც ხშირად გამოიყენება ოპტიკურ ლინზებში და სილიციუმის კარბიდი, რომელიც იმპულსს იძენს მესამე თაობის ნახევარგამტარებში. ამ მონოკრისტალების მასობრივი წარმოების შესაძლებლობა ინდუსტრიულად არა მხოლოდ წარმოადგენს ძალას სამრეწველო და სამეცნიერო ტექნოლოგიებში, არამედ სიმდიდრის სიმბოლოცაა. ინდუსტრიაში მონოკრისტალების წარმოების ძირითადი მოთხოვნა დიდი ზომაა, რადგან ეს ხარჯების უფრო ეფექტურად შემცირების გასაღებია. ქვემოთ მოცემულია ბაზარზე ხშირად გავრცელებული მონოკრისტალი:

1. საფირონის ერთკრისტალი
საფირონის მონოკრისტალი ეხება α-Al₂O₃-ს, რომელსაც აქვს ექვსკუთხა კრისტალური სისტემა, მოჰსის სიმტკიცე 9 და სტაბილური ქიმიური თვისებები. ის უხსნადია მჟავე ან ტუტე კოროზიულ სითხეებში, მდგრადია მაღალი ტემპერატურის მიმართ და ავლენს შესანიშნავ სინათლის გამტარობას, თბოგამტარობას და ელექტროიზოლაციას.

თუ კრისტალში Al იონებს Ti და Fe იონებით ჩაანაცვლებთ, კრისტალი ლურჯად გამოიყურება და საფირონს უწოდებენ. თუ Cr იონებით ჩაანაცვლებთ, ის წითლად გამოიყურება და ლალს უწოდებენ. თუმცა, სამრეწველო საფირონი არის სუფთა α-Al₂O₃, უფერო და გამჭვირვალე, მინარევების გარეშე.

სამრეწველო საფირონი, როგორც წესი, ვაფლის სახით მზადდება, 400–700 მკმ სისქისა და 4–8 ინჩი დიამეტრის. ეს ვაფლები ცნობილია როგორც და კრისტალური ზოდებისგან იჭრება. ქვემოთ ნაჩვენებია ერთკრისტალური ღუმელიდან ახლად ამოღებული ზოდი, რომელიც ჯერ არ არის გაპრიალებული ან დაჭრილი.

2018 წელს, შიდა მონღოლეთში მდებარე Jinghui Electronic Company-მ წარმატებით გაზარდა მსოფლიოში ყველაზე დიდი, 450 კგ ულტრადიდი ზომის საფირონის კრისტალი. მსოფლიოში ყველაზე დიდი საფირონის კრისტალი, რომელიც ადრე რუსეთში იყო წარმოებული, 350 კგ იყო. როგორც სურათზე ჩანს, ამ კრისტალს აქვს სწორი ფორმა, სრულიად გამჭვირვალეა, არ აქვს ბზარები და მარცვლოვანი საზღვრები და აქვს მცირე რაოდენობით ბუშტუკები.

2. ერთკრისტალური სილიციუმი
ამჟამად, ინტეგრირებული სქემების ჩიპებისთვის გამოყენებული ერთკრისტალური სილიციუმის სისუფთავე 99.9999999%-დან 99.999999999%-მდე (9–11 ცხრიანა) მერყეობს და 420 კგ წონის სილიციუმის ზოდმა უნდა შეინარჩუნოს ალმასის მსგავსი იდეალური სტრუქტურა. ბუნებაში, ერთკარატიანი (200 მგ) ბრილიანტიც კი შედარებით იშვიათია.

ერთკრისტალური სილიციუმის ზოდების გლობალურ წარმოებაში ხუთი მსხვილი კომპანია დომინირებს: იაპონური Shin-Etsu (28.0%), იაპონური SUMCO (21.9%), ტაივანური GlobalWafers (15.1%), სამხრეთ კორეული SK Siltron (11.6%) და გერმანული Siltronic (11.3%). კონტინენტურ ჩინეთში ნახევარგამტარული ვაფლების უდიდესი მწარმოებელი NSIG-იც კი ბაზრის მხოლოდ დაახლოებით 2.3%-ს ფლობს. მიუხედავად ამისა, როგორც ახალბედას, მისი პოტენციალი არ უნდა იყოს არასაკმარისად შეფასებული. 2024 წელს NSIG გეგმავს ინვესტიციის ჩადებას ინტეგრირებული სქემებისთვის 300 მმ სილიციუმის ვაფლების წარმოების განახლების პროექტში, რომლის ჯამური ინვესტიცია, სავარაუდოდ, 13.2 მილიარდი იენის ტოლია.

ჩიპების ნედლეულის სახით, მაღალი სისუფთავის ერთკრისტალური სილიციუმის ზოდები 6 დიუმიანიდან 12 დიუმიან დიამეტრამდე იცვლება. წამყვანი საერთაშორისო ჩიპების ჩამომსხმელები, როგორიცაა TSMC და GlobalFoundries, 12 დიუმიანი სილიკონის ვაფლებისგან ჩიპებს ბაზრის ძირითად ნაწილზე ამზადებენ, ხოლო 8 დიუმიანი ვაფლები თანდათან იხსნება. ადგილობრივი ლიდერი SMIC კვლავ ძირითადად 6 დიუმიან ვაფლებს იყენებს. ამჟამად, მხოლოდ იაპონურ SUMCO-ს შეუძლია მაღალი სისუფთავის 12 დიუმიანი ვაფლის სუბსტრატების წარმოება.

3. გალიუმის არსენიდი
გალიუმის არსენიდის (GaAs) ვაფლები მნიშვნელოვანი ნახევარგამტარული მასალაა და მათი ზომა მომზადების პროცესში კრიტიკული პარამეტრია.

ამჟამად, GaAs ვაფლები, როგორც წესი, იწარმოება შემდეგი ზომებით: 2 ინჩი, 3 ინჩი, 4 ინჩი, 6 ინჩი, 8 ინჩი და 12 ინჩი. მათ შორის, 6 ინჩიანი ვაფლები ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდ გამოყენებული სპეციფიკაციაა.

ჰორიზონტალური ბრიჯმანის (HB) მეთოდით გაზრდილი მონოკრისტალების მაქსიმალური დიამეტრი, როგორც წესი, 3 ინჩია, ხოლო თხევად-ენკაფსულირებული ჩოხრალსკის (LEC) მეთოდით შესაძლებელია 12 ინჩამდე დიამეტრის მონოკრისტალების მიღება. თუმცა, LEC-ის ზრდა მოითხოვს აღჭურვილობის მაღალ ხარჯებს და იძლევა არაერთგვაროვნებისა და მაღალი დისლოკაციის სიმკვრივის მქონე კრისტალებს. ვერტიკალური გრადიენტის გაყინვის (VGF) და ვერტიკალური ბრიჯმანის (VB) მეთოდებით ამჟამად შესაძლებელია 8 ინჩამდე დიამეტრის მონოკრისტალების მიღება, შედარებით ერთგვაროვანი სტრუქტურითა და უფრო დაბალი დისლოკაციის სიმკვრივით.

4 და 6 დიუმიანი ნახევრად იზოლირებული GaAs გაპრიალებული ვაფლების წარმოების ტექნოლოგიას ძირითადად სამი კომპანია ფლობს: იაპონური Sumitomo Electric Industries, გერმანული Freiberger Compound Materials და ამერიკული AXT. 2015 წლისთვის 6 დიუმიანი სუბსტრატები უკვე ბაზრის წილის 90%-ზე მეტს შეადგენდა.

2019 წელს, GaAs სუბსტრატების გლობალურ ბაზარზე დომინირებდა Freiberger, Sumitomo და Beijing Tongmei, შესაბამისად, 28%, 21% და 13% ბაზრის წილებით. საკონსულტაციო ფირმა Yole-ის შეფასებით, GaAs სუბსტრატების გლობალურმა გაყიდვებმა (2 დიუმიან ეკვივალენტებად გადაკეთებულმა) 2019 წელს დაახლოებით 20 მილიონ ერთეულს მიაღწია და, სავარაუდოდ, 2025 წლისთვის 35 მილიონ ერთეულს გადააჭარბებს. 2019 წელს GaAs სუბსტრატების გლობალური ბაზარი დაახლოებით 200 მილიონი აშშ დოლარით შეფასდა და, სავარაუდოდ, 2025 წლისთვის 348 მილიონ აშშ დოლარს მიაღწევს, 2019 წლიდან 2025 წლამდე რთული წლიური ზრდის ტემპით (CAGR) 9.67%-ით.

4. სილიციუმის კარბიდის მონოკრისტალი
ამჟამად, ბაზარს შეუძლია სრულად დაუჭიროს მხარი 2 და 3 ინჩიანი დიამეტრის სილიციუმის კარბიდის (SiC) მონოკრისტალების ზრდას. ბევრმა კომპანიამ განაცხადა 4 ინჩიანი 4H ტიპის SiC მონოკრისტალების წარმატებული ზრდის შესახებ, რაც ჩინეთის მიერ SiC კრისტალების ზრდის ტექნოლოგიაში მსოფლიო დონის მიღწევაზე მიუთითებს. თუმცა, კომერციალიზაციამდე ჯერ კიდევ არის მნიშვნელოვანი ხარვეზი.

ზოგადად, თხევადფაზიანი მეთოდით მოყვანილი SiC ზოდები შედარებით პატარაა, სისქე სანტიმეტრის დონეზე. ეს ასევე SiC ვაფლების მაღალი ღირებულების მიზეზია.

XKH სპეციალიზირებულია ნახევარგამტარული მასალების, მათ შორის საფირონის, სილიციუმის კარბიდის (SiC), სილიციუმის ვაფლებისა და კერამიკის, კვლევასა და ინდივიდუალურ დამუშავებაში, რაც მოიცავს სრულ ღირებულებათა ჯაჭვს კრისტალების ზრდიდან ზუსტ დამუშავებამდე. ინტეგრირებული სამრეწველო შესაძლებლობების გამოყენებით, ჩვენ ვთავაზობთ მაღალი ხარისხის საფირონის ვაფლებს, სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატებს და ულტრამაღალი სისუფთავის სილიციუმის ვაფლებს, რომლებსაც მხარს უჭერს ისეთი ინდივიდუალური ჭრა, ზედაპირის საფარი და რთული გეომეტრიის დამზადება, რათა დააკმაყოფილოს ლაზერული სისტემების, ნახევარგამტარული დამზადებისა და განახლებადი ენერგიის აპლიკაციების ექსტრემალური გარემოსდაცვითი მოთხოვნები.

ხარისხის სტანდარტების დაცვით, ჩვენი პროდუქცია გამოირჩევა მიკრონის დონის სიზუსტით, >1500°C თერმული სტაბილურობით და კოროზიისადმი მაღალი მდგრადობით, რაც უზრუნველყოფს საიმედოობას მკაცრ სამუშაო პირობებში. გარდა ამისა, ჩვენ ვამარაგებთ კვარცის სუბსტრატებს, ლითონის/არამეტალურ მასალებს და სხვა ნახევარგამტარული კლასის კომპონენტებს, რაც უზრუნველყოფს სხვადასხვა ინდუსტრიის კლიენტებისთვის პროტოტიპების შექმნიდან მასობრივ წარმოებაზე შეუფერხებელ გადასვლას.