Enkristaller är sällsynta till sin natur, och även när de förekommer är de vanligtvis mycket små – vanligtvis i millimeterskala (mm) – och svåra att få tag på. Rapporterade diamanter, smaragder, agater etc. kommer i allmänhet inte ut på marknaden, än mindre för industriella tillämpningar; de flesta visas på museer för utställningar. Vissa enkristaller har dock ett betydande industriellt värde, såsom enkristallkisel i integrerade kretsar, safir som vanligtvis används i optiska linser och kiselkarbid, som vinner fart inom tredje generationens halvledare. Förmågan att massproducera dessa enkristaller industriellt representerar inte bara styrka inom industriell och vetenskaplig teknik utan är också en symbol för rikedom. Det primära kravet för enkristallproduktion i industrin är stor storlek, eftersom detta är nyckeln till att minska kostnaderna mer effektivt. Nedan följer några vanliga enkristaller på marknaden:
1. Safirglas
Safirkristall avser α-Al₂O₃, som har ett hexagonalt kristallsystem, en Mohs-hårdhet på 9 och stabila kemiska egenskaper. Den är olöslig i sura eller alkaliska frätande vätskor, motståndskraftig mot höga temperaturer och uppvisar utmärkt ljusgenomsläpplighet, värmeledningsförmåga och elektrisk isolering.
Om Al-jonerna i kristallen ersätts av Ti- och Fe-joner, ser kristallen blå ut och kallas safir. Om den ersätts av Cr-joner, ser den röd ut och kallas rubin. Industriell safir är dock ren α-Al₂O₃, färglös och transparent, utan föroreningar.
Industriell safir har vanligtvis formen av wafers, 400–700 μm tjocka och 4–8 tum i diameter. Dessa kallas wafers och skärs från kristalltackor. Nedan visas ett nyligen draget göt från en enkristallugn, ännu inte polerat eller slipat.
År 2018 lyckades Jinghui Electronic Company i Inre Mongoliet tillverka världens största ultrastora safirkristall på 450 kg. Den tidigare största safirkristallen globalt var en kristall på 350 kg som producerades i Ryssland. Som framgår av bilden har denna kristall en regelbunden form, är helt transparent, fri från sprickor och korngränser och har få bubblor.
2. Enkristallkisel
För närvarande har enkristallkisel som används för integrerade kretschip en renhet på 99,9999999 % till 99,999999999 % (9–11 nior), och en kiseltacka på 420 kg måste bibehålla en diamantliknande perfekt struktur. I naturen är även en diamant på en karat (200 mg) relativt sällsynt.
Den globala produktionen av enkristallkiseltackor domineras av fem stora företag: japanska Shin-Etsu (28,0 %), japanska SUMCO (21,9 %), taiwanesiska GlobalWafers (15,1 %), sydkoreanska SK Siltron (11,6 %) och tyska Siltronic (11,3 %). Även den största tillverkaren av halvledarskivor i Kina, NSIG, har bara cirka 2,3 % av marknadsandelen. Ändå bör dess potential som nykomling inte underskattas. År 2024 planerar NSIG att investera i ett projekt för att uppgradera produktionen av 300 mm kiselskivor för integrerade kretsar, med en uppskattad total investering på 13,2 miljarder yen.
Som råmaterial för chip utvecklas högrena enkristallkiseltackor från 6-tums till 12-tums diameter. Ledande internationella chipgjuterier, som TSMC och GlobalFoundries, gör chip från 12-tums kiselskivor till mainstream på marknaden, medan 8-tumsskivor gradvis fasas ut. Den inhemska ledaren SMIC använder fortfarande främst 6-tumsskivor. För närvarande är det endast japanska SUMCO som kan producera högrena 12-tumsskivorsubstrat.
3. Galliumarsenid
Galliumarsenid (GaAs)-skivor är ett viktigt halvledarmaterial, och deras storlek är en kritisk parameter i framställningsprocessen.
För närvarande produceras GaAs-wafers vanligtvis i storlekarna 2 tum, 3 tum, 4 tum, 6 tum, 8 tum och 12 tum. Bland dessa är 6-tumswafers en av de mest använda specifikationerna.
Den maximala diametern för enkristaller som odlas med Horizontal Bridgman (HB)-metoden är generellt 7,5 cm, medan Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC)-metoden kan producera enkristaller upp till 30 cm i diameter. LEC-odling kräver dock höga utrustningskostnader och ger kristaller med ojämnhet och hög dislokationstäthet. Vertical Gradient Freeze (VGF)- och Vertical Bridgman (VB)-metoderna kan för närvarande producera enkristaller upp till 20 cm i diameter, med relativt enhetlig struktur och lägre dislokationstäthet.
Produktionstekniken för 4-tums och 6-tums halvisolerande polerade GaAs-wafers behärskas huvudsakligen av tre företag: japanska Sumitomo Electric Industries, tyska Freiberger Compound Materials och amerikanska AXT. År 2015 stod 6-tums substrat redan för över 90 % av marknadsandelen.
År 2019 dominerades den globala marknaden för GaAs-substrat av Freiberger, Sumitomo och Beijing Tongmei, med marknadsandelar på 28 %, 21 % respektive 13 %. Enligt uppskattningar från konsultföretaget Yole nådde den globala försäljningen av GaAs-substrat (omräknat till 2-tumsekvivalenter) cirka 20 miljoner enheter år 2019 och förväntas överstiga 35 miljoner enheter år 2025. Den globala marknaden för GaAs-substrat värderades till cirka 200 miljoner dollar år 2019 och förväntas nå 348 miljoner dollar år 2025, med en genomsnittlig årlig tillväxttakt (CAGR) på 9,67 % från 2019 till 2025.
4. Kiselkarbid enkristall
För närvarande kan marknaden fullt ut stödja tillväxten av kiselkarbid (SiC)-enkristaller med en diameter på 2 och 3 tum. Många företag har rapporterat framgångsrik tillväxt av 4-tums 4H-typ SiC-enkristaller, vilket markerar Kinas uppnående av världsledande teknik för SiC-kristalltillväxt. Det finns dock fortfarande ett betydande gap innan kommersialisering.
Generellt sett är SiC-tackor som odlas med vätskefasmetoder relativt små, med tjocklekar på centimeternivå. Detta är också en anledning till den höga kostnaden för SiC-wafers.
XKH specialiserar sig på forskning och utveckling samt kundanpassad bearbetning av centrala halvledarmaterial, inklusive safir, kiselkarbid (SiC), kiselskivor och keramik, och täcker hela värdekedjan från kristalltillväxt till precisionsbearbetning. Genom att utnyttja integrerade industriella kapaciteter tillhandahåller vi högpresterande safirskivor, kiselkarbidsubstrat och kiselskivor med ultrahög renhet, stödda av skräddarsydda lösningar som kundanpassad skärning, ytbeläggning och tillverkning med komplex geometri för att möta extrema miljökrav inom lasersystem, halvledartillverkning och tillämpningar inom förnybar energi.
Våra produkter uppfyller kvalitetsstandarder och har precision på mikronnivå, termisk stabilitet på >1500 °C och överlägsen korrosionsbeständighet, vilket säkerställer tillförlitlighet under tuffa driftsförhållanden. Dessutom levererar vi kvartssubstrat, metall-/icke-metalliska material och andra halvledarkomponenter, vilket möjliggör sömlösa övergångar från prototypframställning till massproduktion för kunder inom olika branscher.
Publiceringstid: 29 augusti 2025