Yksittäiskiteet ovat luonnossa harvinaisia, ja silloinkin kun niitä esiintyy, ne ovat yleensä hyvin pieniä – tyypillisesti millimetrin (mm) mittakaavassa – ja vaikeasti saatavilla. Raportoidut timantit, smaragdit, akaatit jne. eivät yleensä päädy markkinoille, saati sitten teollisiin sovelluksiin; useimmat niistä ovat esillä museoissa näyttelyissä. Joillakin yksittäiskiteillä on kuitenkin merkittävää teollista arvoa, kuten integroitujen piirien teollisuudessa käytettävällä piikiteellä, optisissa linsseissä yleisesti käytetyllä safiirilla ja piikarbidilla, joka on kasvattamassa suosiotaan kolmannen sukupolven puolijohteissa. Kyky tuottaa näitä yksittäiskiteitä teollisesti massatuotantona ei ainoastaan edusta vahvuutta teollisessa ja tieteellisessä teknologiassa, vaan myös vaurauden symboli. Yksittäiskiteiden tuotannon ensisijainen vaatimus teollisuudessa on suuri koko, koska se on avain kustannusten tehokkaampaan alentamiseen. Alla on joitakin markkinoilla yleisesti esiintyviä yksittäiskiteitä:
1. Safiiri-yksittäiskide
Safiirinen yksittäiskide tarkoittaa α-Al₂O₃:ta, jolla on kuusikulmainen kidejärjestelmä, Mohsin kovuus 9 ja vakaat kemialliset ominaisuudet. Se ei liukene happamiin tai emäksisiin syövyttäviin nesteisiin, kestää korkeita lämpötiloja ja sillä on erinomainen valonläpäisy, lämmönjohtavuus ja sähköeristys.
Jos kiteessä olevat Al₂O₃-ionit korvautuvat Ti- ja Fe-ioneilla, kide näyttää siniseltä ja sitä kutsutaan safiiriksi. Jos ne korvautuvat Cr-ioneilla, se näyttää punaiselta ja sitä kutsutaan rubiiniksi. Teollinen safiiri on kuitenkin puhdasta α-Al₂O₃:ta, väritöntä ja läpinäkyvää, ilman epäpuhtauksia.
Teollinen safiiri on tyypillisesti kiekkojen muodossa, joiden paksuus on 400–700 μm ja halkaisija 4–8 tuumaa. Näitä kutsutaan kiekoiksi ja ne leikataan kristalliharkoista. Alla olevassa kuvassa on juuri vedetty harkko yksittäiskiteen uunista, jota ei ole vielä kiillotettu tai hiottu.
Vuonna 2018 Sisä-Mongoliassa sijaitseva Jinghui Electronic Company kasvatti onnistuneesti maailman suurimman 450 kg painavan ultrasuuren safiirikristallin. Aiemmin maailman suurin safiirikide oli Venäjällä tuotettu 350 kg:n kide. Kuten kuvasta näkyy, tällä kristallilla on säännöllinen muoto, se on täysin läpinäkyvä, halkeamaton ja raerajaton, ja siinä on vain vähän kuplia.
2. Yksikiteinen pii
Tällä hetkellä integroitujen piirien siruissa käytettävän yksikiteisen piin puhtaus on 99,9999999 % - 99,999999999 % (9–11 yhdeksikköä), ja 420 kg:n piiharkon on säilytettävä timantin kaltainen täydellinen rakenne. Luonnossa jopa yhden karaatin (200 mg) timantti on suhteellisen harvinainen.
Yksikiteisten piiharkkojen maailmanlaajuista tuotantoa hallitsee viisi suurta yritystä: japanilainen Shin-Etsu (28,0 %), japanilainen SUMCO (21,9 %), taiwanilainen GlobalWafers (15,1 %), eteläkorealainen SK Siltron (11,6 %) ja saksalainen Siltronic (11,3 %). Jopa Manner-Kiinan suurimmalla puolijohdekiekkojen valmistajalla NSIG:llä on vain noin 2,3 %:n markkinaosuus. Uutena tulokkaana sen potentiaalia ei kuitenkaan pidä aliarvioida. Vuonna 2024 NSIG aikoo investoida projektiin, jossa päivitetään 300 mm:n piikiekkojen tuotantoa integroituja piirejä varten. Investoinnin kokonaisarvoksi arvioidaan 13,2 miljardia jeniä.
Sirujen raaka-aineena käytetään erittäin puhtaita yksikiteisiä piiharkkoja, joiden halkaisija on 6 tuumasta 12 tuumaan. Johtavat kansainväliset sirutehtaat, kuten TSMC ja GlobalFoundries, valmistavat 12-tuumaisista piikiekoista siruja valtavirtaan, kun taas 8-tuumaisista kiekoista ollaan vähitellen poistumassa markkinoilta. Kotimainen markkinajohtaja SMIC käyttää edelleen pääasiassa 6-tuumaisia kiekkoja. Tällä hetkellä vain japanilainen SUMCO pystyy tuottamaan erittäin puhtaita 12-tuumaisia kiekkosubstraatteja.
3. Galliumarsenidi
Galliumarsenidi (GaAs) -kiekot ovat tärkeä puolijohdemateriaali, ja niiden koko on kriittinen parametri valmistusprosessissa.
Tällä hetkellä GaAs-kiekkoja valmistetaan tyypillisesti 2 tuuman, 3 tuuman, 4 tuuman, 6 tuuman, 8 tuuman ja 12 tuuman kokoisina. Näistä 6 tuuman kiekot ovat yksi yleisimmin käytetyistä kokoluokista.
Horizontaalisella Bridgman-menetelmällä (HB) kasvatettujen yksittäiskiteiden enimmäishalkaisija on yleensä 3 tuumaa, kun taas nestekapseloitu Czochralski (LEC) -menetelmällä voidaan tuottaa jopa 12 tuuman halkaisijaltaan olevia yksittäiskiteitä. LEC-kasvatus vaatii kuitenkin korkeita laitekustannuksia ja tuottaa kiteitä, joilla on epätasaisuus ja suuri dislokaatiotiheys. Vertical Gradient Freeze (VGF) ja Vertical Bridgman (VB) -menetelmillä voidaan tällä hetkellä tuottaa jopa 8 tuuman halkaisijaltaan olevia yksittäiskiteitä, joilla on suhteellisen tasainen rakenne ja pienempi dislokaatiotiheys.
4- ja 6-tuumaisten puolieristävien kiillotettujen GaAs-kiekkojen tuotantoteknologian hallitsee pääasiassa kolme yritystä: japanilainen Sumitomo Electric Industries, saksalainen Freiberger Compound Materials ja yhdysvaltalainen AXT. Vuoteen 2015 mennessä 6-tuumaisten substraattien osuus oli jo yli 90 % markkinaosuudesta.
Vuonna 2019 maailmanlaajuisia GaAs-substraattimarkkinoita hallitsivat Freiberger, Sumitomo ja Beijing Tongmei, joiden markkinaosuudet olivat vastaavasti 28 %, 21 % ja 13 %. Konsulttiyritys Yolen arvioiden mukaan GaAs-substraattien maailmanlaajuinen myynti (muunnettuna 2 tuuman ekvivalenteiksi) oli noin 20 miljoonaa kappaletta vuonna 2019, ja sen ennustetaan ylittävän 35 miljoonaa kappaletta vuoteen 2025 mennessä. Maailmanlaajuisten GaAs-substraattimarkkinoiden arvoksi arvioitiin noin 200 miljoonaa dollaria vuonna 2019, ja sen odotetaan saavuttavan 348 miljoonaa dollaria vuoteen 2025 mennessä, ja yhdistetty vuotuinen kasvuvauhti (CAGR) on 9,67 % vuosina 2019–2025.
4. Piikarbidista valmistettu yksikide
Tällä hetkellä markkinat pystyvät täysin tukemaan 2 ja 3 tuuman halkaisijaltaan olevien piikarbidi (SiC) -yksittäiskiteiden kasvua. Monet yritykset ovat raportoineet 4 tuuman 4H-tyyppisten piikarbidi-yksittäiskiteiden onnistuneesta kasvusta, mikä osoittaa Kiinan saavuttaneen maailmanluokan tason piikarbidikiteiden kasvuteknologiassa. Kaupallistamiseen on kuitenkin vielä merkittävä kuilu.
Nestemäisessä faasissa kasvatetuilla piikarbidiharkoilla on yleensä suhteellisen pieniä, paksuuksia senttimetritasolla. Tämä on myös syy piikarbidikiekoiden korkeaan hintaan.
XKH on erikoistunut ydinpuolijohdemateriaalien, kuten safiirin, piikarbidin (SiC), piikiekkojen ja keraamien, tutkimukseen ja kehitykseen sekä räätälöityyn prosessointiin, kattaen koko arvoketjun kiteenkasvatuksesta tarkkuuskoneistukseen. Hyödyntämällä integroituja teollisia kyvykkyyksiä tarjoamme korkean suorituskyvyn safiirikiekkoja, piikarbidisubstraatteja ja erittäin puhtaita piikiekkoja. Näitä tukevat räätälöidyt ratkaisut, kuten räätälöity leikkaus, pintakäsittely ja monimutkaisen geometrian valmistus, jotka täyttävät äärimmäiset ympäristövaatimukset laserjärjestelmissä, puolijohdevalmistuksessa ja uusiutuvan energian sovelluksissa.
Laatustandardien mukaisesti tuotteemme ovat mikronitason tarkkuuden, yli 1500 °C:n lämpöstabiilisuuden ja erinomaisen korroosionkestävyyden omaavia, mikä varmistaa luotettavuuden vaativissa käyttöolosuhteissa. Lisäksi toimitamme kvartsisubstraatteja, metalli-/ei-metallisia materiaaleja ja muita puolijohdelaatuisia komponentteja, mikä mahdollistaa saumattoman siirtymisen prototyyppien valmistuksesta massatuotantoon asiakkaille eri toimialoilla.
Julkaisuaika: 29.8.2025