ताजे वाढलेले सिंगल क्रिस्टल्स

एकल क्रिस्टल्स निसर्गात दुर्मिळ असतात आणि जरी ते आढळले तरी ते सहसा खूप लहान असतात - सामान्यतः मिलिमीटर (मिमी) स्केलवर - आणि मिळवणे कठीण असते. नोंदवलेले हिरे, पन्ना, अ‍ॅगेट्स इत्यादी सामान्यतः बाजारपेठेत प्रवेश करत नाहीत, औद्योगिक अनुप्रयोग तर सोडाच; बहुतेक प्रदर्शनासाठी संग्रहालयांमध्ये प्रदर्शित केले जातात. तथापि, काही एकल क्रिस्टल्समध्ये महत्त्वपूर्ण औद्योगिक मूल्य असते, जसे की एकात्मिक सर्किट उद्योगात एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन, ऑप्टिकल लेन्समध्ये सामान्यतः वापरले जाणारे नीलम आणि तिसऱ्या पिढीच्या अर्धवाहकांमध्ये गती मिळवणारे सिलिकॉन कार्बाइड. या एकल क्रिस्टल्सचे औद्योगिकदृष्ट्या मोठ्या प्रमाणात उत्पादन करण्याची क्षमता केवळ औद्योगिक आणि वैज्ञानिक तंत्रज्ञानातील ताकद दर्शवत नाही तर संपत्तीचे प्रतीक देखील आहे. उद्योगात एकल क्रिस्टल उत्पादनाची प्राथमिक आवश्यकता मोठा आकार आहे, कारण हे खर्च अधिक प्रभावीपणे कमी करण्यासाठी महत्त्वाचे आहे. खाली बाजारात सामान्यतः आढळणारे काही एकल क्रिस्टल्स आहेत:

१. नीलमणी सिंगल क्रिस्टल
नीलमणी एकल स्फटिक म्हणजे α-Al₂O₃, ज्यामध्ये षटकोनी स्फटिक प्रणाली, 9 ची Mohs कडकपणा आणि स्थिर रासायनिक गुणधर्म आहेत. ते आम्लीय किंवा क्षारीय संक्षारक द्रवांमध्ये अघुलनशील आहे, उच्च तापमानाला प्रतिरोधक आहे आणि उत्कृष्ट प्रकाश प्रसारण, थर्मल चालकता आणि विद्युत इन्सुलेशन प्रदर्शित करते.

जर क्रिस्टलमधील Al आयनांच्या जागी Ti आणि Fe आयन आणले तर क्रिस्टल निळा दिसतो आणि त्याला नीलम म्हणतात. जर Cr आयन लावले तर तो लाल दिसतो आणि त्याला माणिक म्हणतात. तथापि, औद्योगिक नीलमणी शुद्ध α-Al₂O₃, रंगहीन आणि पारदर्शक आहे, अशुद्धतेशिवाय.

औद्योगिक नीलमणी सामान्यतः वेफर्सच्या स्वरूपात असते, ज्यांची जाडी ४००-७०० μm असते आणि व्यास ४-८ इंच असते. त्यांना वेफर्स म्हणून ओळखले जाते आणि ते क्रिस्टल इंगॉट्सपासून कापले जातात. खाली एका क्रिस्टल फर्नेसमधून ताजे काढलेले इंगॉट दाखवले आहे, जे अद्याप पॉलिश केलेले किंवा कापलेले नाही.

२०१८ मध्ये, इनर मंगोलियामधील जिंगहुई इलेक्ट्रॉनिक कंपनीने जगातील सर्वात मोठे ४५० किलो अल्ट्रा-लार्ज-साईज नीलमणी क्रिस्टल यशस्वीरित्या विकसित केले. जागतिक स्तरावर यापूर्वीचा सर्वात मोठा नीलमणी क्रिस्टल रशियामध्ये उत्पादित केलेला ३५० किलोचा होता. प्रतिमेत पाहिल्याप्रमाणे, या क्रिस्टलचा आकार नियमित आहे, तो पूर्णपणे पारदर्शक आहे, भेगा आणि धान्यांच्या सीमांपासून मुक्त आहे आणि त्यात काही बुडबुडे आहेत.

२. सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन
सध्या, इंटिग्रेटेड सर्किट चिप्ससाठी वापरल्या जाणाऱ्या सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉनची शुद्धता ९९.९९९९९९९% ते ९९.९९९९९९९९% (९-११ नाईन्स) आहे आणि ४२० किलो सिलिकॉन इनगॉटला हिऱ्यासारखी परिपूर्ण रचना राखावी लागते. निसर्गात, एक कॅरेट (२०० मिलीग्राम) हिरा देखील तुलनेने दुर्मिळ आहे.

सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन इनगॉट्सच्या जागतिक उत्पादनात पाच प्रमुख कंपन्या वर्चस्व गाजवतात: जपानची शिन-एत्सु (२८.०%), जपानची सुमको (२१.९%), तैवानची ग्लोबलवेफर्स (१५.१%), दक्षिण कोरियाची एसके सिल्ट्रॉन (११.६%) आणि जर्मनीची सिल्ट्रॉनिक (११.३%). चीनच्या मुख्य भूमीतील सर्वात मोठी सेमीकंडक्टर वेफर उत्पादक कंपनी, एनएसआयजीकडेही बाजारपेठेतील फक्त २.३% हिस्सा आहे. तरीही, एक नवीन कंपनी म्हणून, त्याची क्षमता कमी लेखू नये. २०२४ मध्ये, एनएसआयजी एकात्मिक सर्किट्ससाठी ३०० मिमी सिलिकॉन वेफर उत्पादन अपग्रेड करण्याच्या प्रकल्पात गुंतवणूक करण्याची योजना आखत आहे, ज्याची एकूण गुंतवणूक अंदाजे १३.२ अब्ज येन आहे.

चिप्ससाठी कच्चा माल म्हणून, उच्च-शुद्धता सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन इंगॉट्स 6-इंच ते 12-इंच व्यासाचे विकसित होत आहेत. TSMC आणि ग्लोबलफाउंड्रीज सारख्या आघाडीच्या आंतरराष्ट्रीय चिप फाउंड्रीज, बाजारातील मुख्य प्रवाहात असलेल्या 12-इंच सिलिकॉन वेफर्सपासून चिप्स बनवत आहेत, तर 8-इंच वेफर्स हळूहळू टप्प्याटप्प्याने बंद केले जात आहेत. देशांतर्गत आघाडीचा SMIC अजूनही प्रामुख्याने 6-इंच वेफर्स वापरतो. सध्या, फक्त जपानची SUMCO उच्च-शुद्धता 12-इंच वेफर सब्सट्रेट्स तयार करू शकते.

३. गॅलियम आर्सेनाइड
गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) वेफर्स हे एक महत्त्वाचे अर्धसंवाहक पदार्थ आहेत आणि त्यांचा आकार तयारी प्रक्रियेत एक महत्त्वाचा घटक आहे.

सध्या, GaAs वेफर्स सामान्यतः २ इंच, ३ इंच, ४ इंच, ६ इंच, ८ इंच आणि १२ इंच आकारात तयार केले जातात. यापैकी, ६-इंच वेफर्स हे सर्वात जास्त वापरल्या जाणाऱ्या वैशिष्ट्यांपैकी एक आहेत.

क्षैतिज ब्रिजमन (HB) पद्धतीने वाढवलेल्या सिंगल क्रिस्टल्सचा कमाल व्यास साधारणपणे 3 इंच असतो, तर लिक्विड-एन्कॅप्स्युलेटेड झोक्राल्स्की (LEC) पद्धतीने 12 इंच व्यासापर्यंत सिंगल क्रिस्टल्स तयार करता येतात. तथापि, LEC वाढीसाठी उच्च उपकरण खर्च आवश्यक असतो आणि नॉन-युनिफॉर्मिटी आणि उच्च डिस्लोकेशन घनतेसह क्रिस्टल्स मिळतात. व्हर्टिकल ग्रेडियंट फ्रीज (VGF) आणि व्हर्टिकल ब्रिजमन (VB) पद्धती सध्या तुलनेने एकसमान रचना आणि कमी डिस्लोकेशन घनतेसह 8 इंच व्यासापर्यंत सिंगल क्रिस्टल्स तयार करू शकतात.

४-इंच आणि ६-इंच सेमी-इन्सुलेटिंग GaAs पॉलिश केलेल्या वेफर्सच्या उत्पादन तंत्रज्ञानावर प्रामुख्याने तीन कंपन्यांचा प्रभुत्व आहे: जपानची सुमितोमो इलेक्ट्रिक इंडस्ट्रीज, जर्मनीची फ्रीबर्गर कंपाऊंड मटेरियल्स आणि अमेरिकेची AXT. २०१५ पर्यंत, ६-इंच सब्सट्रेट्सचा बाजारातील वाटा ९०% पेक्षा जास्त होता.

२०१९ मध्ये, जागतिक GaAs सब्सट्रेट मार्केटमध्ये फ्रीबर्गर, सुमितोमो आणि बीजिंग टोंगमेई यांचे वर्चस्व होते, ज्यांचा बाजार हिस्सा अनुक्रमे २८%, २१% आणि १३% होता. सल्लागार कंपनी योलच्या अंदाजानुसार, २०१९ मध्ये GaAs सब्सट्रेट्सची (२-इंच समतुल्य मध्ये रूपांतरित) जागतिक विक्री अंदाजे २० दशलक्ष तुकड्यांवर पोहोचली आणि २०२५ पर्यंत ती ३५ दशलक्ष तुकड्यांपेक्षा जास्त होण्याचा अंदाज आहे. २०१९ मध्ये जागतिक GaAs सब्सट्रेट मार्केटचे मूल्य सुमारे २०० दशलक्ष डॉलर्स होते आणि २०२५ पर्यंत ते ३४८ दशलक्ष डॉलर्सपर्यंत पोहोचण्याची अपेक्षा आहे, २०१९ ते २०२५ पर्यंत ९.६७% चक्रवाढ वार्षिक वाढ दर (CAGR) आहे.

४. सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल
सध्या, बाजार २-इंच आणि ३-इंच व्यासाच्या सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिंगल क्रिस्टल्सच्या वाढीस पूर्णपणे पाठिंबा देऊ शकतो. अनेक कंपन्यांनी ४-इंच ४H-प्रकारच्या SiC सिंगल क्रिस्टल्सची यशस्वी वाढ नोंदवली आहे, जी SiC क्रिस्टल ग्रोथ तंत्रज्ञानात चीनने जागतिक दर्जाची कामगिरी केली आहे. तथापि, व्यापारीकरणापूर्वी अजूनही एक महत्त्वपूर्ण अंतर आहे.

साधारणपणे, द्रव-फेज पद्धतींनी वाढवलेले SiC इंगॉट्स तुलनेने लहान असतात, त्यांची जाडी सेंटीमीटर पातळीवर असते. हे देखील SiC वेफर्सच्या उच्च किमतीचे एक कारण आहे.

XKH हे नीलमणी, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), सिलिकॉन वेफर्स आणि सिरेमिक्ससह कोर सेमीकंडक्टर मटेरियलच्या संशोधन आणि विकास आणि कस्टमाइज्ड प्रोसेसिंगमध्ये माहिर आहे, जे क्रिस्टल ग्रोथपासून ते प्रिसिजन मशीनिंगपर्यंत संपूर्ण मूल्य साखळी व्यापते. एकात्मिक औद्योगिक क्षमतांचा फायदा घेत, आम्ही उच्च-कार्यक्षमता असलेले नीलमणी वेफर्स, सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्स आणि अल्ट्रा-हाय-प्युरिटी सिलिकॉन वेफर्स प्रदान करतो, जे लेसर सिस्टम, सेमीकंडक्टर फॅब्रिकेशन आणि अक्षय ऊर्जा अनुप्रयोगांमध्ये अत्यंत पर्यावरणीय मागण्या पूर्ण करण्यासाठी कस्टम कटिंग, पृष्ठभाग कोटिंग आणि जटिल भूमिती फॅब्रिकेशन सारख्या तयार केलेल्या उपायांद्वारे समर्थित आहेत.

गुणवत्ता मानकांचे पालन करून, आमच्या उत्पादनांमध्ये मायक्रॉन-स्तरीय अचूकता, >१५००°C थर्मल स्थिरता आणि उत्कृष्ट गंज प्रतिकार आहे, जे कठोर ऑपरेटिंग परिस्थितीत विश्वासार्हता सुनिश्चित करते. याव्यतिरिक्त, आम्ही क्वार्ट्ज सब्सट्रेट्स, धातू/नॉन-मेटलिक मटेरियल आणि इतर सेमीकंडक्टर-ग्रेड घटक पुरवतो, ज्यामुळे उद्योगांमधील क्लायंटसाठी प्रोटोटाइपिंगपासून मोठ्या प्रमाणात उत्पादनापर्यंत अखंड संक्रमण शक्य होते.