Monokrystaly jsou v přírodě vzácné a i když se vyskytnou, jsou obvykle velmi malé – typicky v milimetrovém (mm) měřítku – a obtížně se s nimi těžko jedná. Uváděné diamanty, smaragdy, acháty atd. se obvykle nedostávají do oběhu na trhu, natož do průmyslových aplikací; většina z nich je vystavena v muzeích. Některé monokrystaly však mají významnou průmyslovou hodnotu, jako například monokrystalický křemík v průmyslu integrovaných obvodů, safír běžně používaný v optických čočkách a karbid křemíku, který získává na popularitě v polovodičích třetí generace. Schopnost hromadně vyrábět tyto monokrystaly průmyslově nejen představuje sílu v průmyslové a vědecké technologii, ale je také symbolem bohatství. Primárním požadavkem pro výrobu monokrystalů v tomto odvětví je velká velikost, protože je klíčem k efektivnějšímu snižování nákladů. Níže uvádíme některé běžně se vyskytující monokrystaly na trhu:
1. Monokrystal safíru
Monokrystal safíru označuje α-Al₂O₃, který má hexagonální krystalový systém, tvrdost 9 podle Mohse a stabilní chemické vlastnosti. Je nerozpustný v kyselých nebo alkalických korozivních kapalinách, odolný vůči vysokým teplotám a vykazuje vynikající propustnost světla, tepelnou vodivost a elektrickou izolaci.
Pokud jsou ionty Al v krystalu nahrazeny ionty Ti a Fe, krystal se jeví modře a nazývá se safír. Pokud jsou nahrazeny ionty Cr, jeví se červeně a nazývá se rubín. Průmyslový safír je však čistý α-Al₂O₃, bezbarvý a průhledný, bez nečistot.
Průmyslový safír má obvykle podobu destiček o tloušťce 400–700 μm a průměru 4–8 palců. Tyto destičky se nazývají destičky a jsou vyřezávány z krystalových ingotů. Níže je zobrazen čerstvě vytažený ingot z pece na monokrystaly, který ještě nebyl vyleštěn ani vybroušen.
V roce 2018 se společnosti Jinghui Electronic Company ve Vnitřním Mongolsku podařilo vypěstovat největší ultravelký safírový krystal na světě o hmotnosti 450 kg. Předchozí největší safírový krystal na světě byl krystal o hmotnosti 350 kg vyrobený v Rusku. Jak je vidět na obrázku, tento krystal má pravidelný tvar, je zcela průhledný, bez trhlin a hranic zrn a má málo bublin.
2. Monokrystalický křemík
Monokrystalický křemík používaný pro výrobu integrovaných obvodů má v současnosti čistotu 99,9999999 % až 99,999999999 % (9–11 devítek) a křemíkový ingot o hmotnosti 420 kg si musí zachovat dokonalou strukturu podobnou diamantu. V přírodě je i diamant o hmotnosti jednoho karátu (200 mg) relativně vzácný.
Globální produkci monokrystalických křemíkových ingotů dominuje pět hlavních společností: japonská Shin-Etsu (28,0 %), japonská SUMCO (21,9 %), tchajwanská GlobalWafers (15,1 %), jihokorejská SK Siltron (11,6 %) a německá Siltronic (11,3 %). Dokonce i největší výrobce polovodičových destiček v pevninské Číně, NSIG, drží pouze asi 2,3 % podíl na trhu. Nicméně jako nováček by se jeho potenciál neměl podceňovat. V roce 2024 plánuje NSIG investovat do projektu modernizace výroby 300 mm křemíkových destiček pro integrované obvody s odhadovanou celkovou investicí 13,2 miliardy jenů.
Jako surovina pro čipy se vyvíjejí vysoce čisté monokrystalické křemíkové ingoty o průměru od 6 palců do 12 palců. Přední mezinárodní slévárny čipů, jako jsou TSMC a GlobalFoundries, se stávají běžnou součástí trhu čipy z 12palcových křemíkových destiček, zatímco 8palcové destičky se postupně vyřazují. Domácí lídr SMIC stále používá primárně 6palcové destičky. V současné době dokáže pouze japonská společnost SUMCO vyrábět vysoce čisté 12palcové substráty pro destičky.
3. Arsenid galia
Destičky z arsenidu galia (GaAs) jsou důležitým polovodičovým materiálem a jejich velikost je kritickým parametrem v procesu jejich přípravy.
V současné době se destičky GaAs obvykle vyrábějí ve velikostech 2 palce, 3 palce, 4 palce, 6 palců, 8 palců a 12 palců. Mezi nimi jsou destičky o velikosti 6 palců jednou z nejpoužívanějších specifikací.
Maximální průměr monokrystalů pěstovaných metodou Horizontal Bridgman (HB) je obvykle 3 palce, zatímco metoda Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) může produkovat monokrystaly o průměru až 12 palců. Půst LEC však vyžaduje vysoké náklady na zařízení a vede k krystalům s nerovnoměrností a vysokou hustotou dislokací. Metody Vertical Gradient Freeze (VGF) a Vertical Bridgman (VB) mohou v současnosti produkovat monokrystaly o průměru až 8 palců s relativně jednotnou strukturou a nižší hustotou dislokací.
Výrobní technologii pro 4palcové a 6palcové poloizolační leštěné GaAs destičky ovládají primárně tři společnosti: japonská Sumitomo Electric Industries, německá Freiberger Compound Materials a americká AXT. Do roku 2015 již 6palcové substráty tvořily více než 90 % trhu.
V roce 2019 dominovaly na globálním trhu se substráty GaAs společnosti Freiberger, Sumitomo a Beijing Tongmei s tržními podíly 28 %, 21 % a 13 %. Podle odhadů konzultační firmy Yole dosáhl globální prodej substrátů GaAs (v přepočtu na 2palcové ekvivalenty) v roce 2019 přibližně 20 milionů kusů a do roku 2025 se předpokládá, že přesáhne 35 milionů kusů. Globální trh se substráty GaAs byl v roce 2019 oceněn na přibližně 200 milionů dolarů a do roku 2025 by měl dosáhnout 348 milionů dolarů s složenou roční mírou růstu (CAGR) 9,67 % v letech 2019 až 2025.
4. Monokrystal karbidu křemíku
V současné době trh plně podporuje růst monokrystalů karbidu křemíku (SiC) o průměru 2 palce a 3 palce. Mnoho společností oznámilo úspěšný růst monokrystalů SiC typu 4H o průměru 4 palce, což znamená, že Čína dosáhla světové úrovně v technologii růstu krystalů SiC. Před komercializací však stále zbývá značná mezera.
Ingoty SiC pěstované v kapalné fázi jsou obecně relativně malé, s tloušťkou na úrovni centimetrů. To je také důvodem vysoké ceny SiC destiček.
Společnost XKH se specializuje na výzkum a vývoj a zakázkové zpracování polovodičových materiálů, včetně safíru, karbidu křemíku (SiC), křemíkových destiček a keramiky, a pokrývá tak celý hodnotový řetězec od růstu krystalů až po přesné obrábění. Využíváme integrované průmyslové kapacity a dodáváme vysoce výkonné safírové destičky, substráty z karbidu křemíku a ultračisté křemíkové destičky, podporované řešeními na míru, jako je zakázkové řezání, povrchové úpravy a výroba složitých geometrií, abychom splnili extrémní environmentální požadavky v laserových systémech, výrobě polovodičů a aplikacích v oblasti obnovitelných zdrojů energie.
Naše produkty splňují standardy kvality a vyznačují se přesností na úrovni mikronů, tepelnou stabilitou >1500 °C a vynikající odolností proti korozi, což zajišťuje spolehlivost v náročných provozních podmínkách. Kromě toho dodáváme křemenné substráty, kovové/nekovové materiály a další polovodičové komponenty, což umožňuje bezproblémový přechod od prototypování k hromadné výrobě pro klienty napříč odvětvími.
Čas zveřejnění: 29. srpna 2025