Zařízení pro růst safírových ingotů, metoda Czochralski CZ pro výrobu safírových destiček o rozměrech 2 až 12 palců

Zařízení pro růst safírových ingotů. Czochralski CZ metoda pro výrobu safírových destiček o průměru 2 až 12 palců. Obrázek

Stručný popis:

Zařízení pro růst safírových ingotů (Czochralského metoda) je špičkový systém určený pro růst vysoce čistých monokrystalů safíru s nízkým obsahem defektů. Czochralského (CZ) metoda umožňuje přesné řízení rychlosti tažení semenných krystalů (0,5–5 mm/h), rychlosti otáčení (5–30 ot/min) a teplotních gradientů v iridiovém kelímku, čímž vznikají osově symetrické krystaly o průměru až 12 palců (300 mm). Toto zařízení podporuje řízení orientace krystalů v rovině C/A, což umožňuje růst safírů optické, elektronické a dopované kvality (např. rubín Cr³⁺, hvězdicový safír Ti³⁺).

Společnost XKH poskytuje komplexní řešení, včetně úprav zařízení na míru (výroba 2–12palcových destiček), optimalizace procesů (hustota defektů <100/cm²) a technického školení, s měsíční produkcí více než 5 000 destiček pro aplikace, jako jsou LED substráty, GaN epitaxe a pouzdra polovodičů.

Pošlete nám e-mail

Funkce

Princip fungování

Metoda CZ funguje v následujících krocích:
1. Tavení surovin: Vysoce čistý Al₂O₃ (čistota > 99,999 %) se taví v iridiovém kelímku při teplotě 2050–2100 °C.
2. Zavedení zárodečného krystalu: Zárodečný krystal se spustí do taveniny a následně se rychlým tahem vytvoří krček (průměr <1 mm), aby se eliminovaly dislokace.
3. Tvorba ramen a objemový růst: Rychlost tažení se sníží na 0,2–1 mm/h, čímž se postupně zvětšuje průměr krystalu na cílovou velikost (např. 4–12 palců).
4. Žíhání a chlazení: Krystal se ochlazuje rychlostí 0,1–0,5 °C/min, aby se minimalizovalo praskání vyvolané tepelným namáháním.
5. Kompatibilní typy krystalů:
Elektronická třída: Polovodičové substráty (TTV <5 μm)
Optická třída: UV laserová okna (propustnost >90 % při 200 nm)
Dopované varianty: Rubín (koncentrace Cr³⁺ 0,01–0,5 hmot. %), modrá safírová trubice

Základní komponenty systému

1. Tavicí systém
Iridiový kelímek: Odolný do 2300 °C, odolný proti korozi, kompatibilní s velkými taveninami (100–400 kg).
Indukční ohřívací pec: Vícezónová nezávislá regulace teploty (±0,5 °C), optimalizované teplotní gradienty.

2. Systém tahání a otáčení
Vysoce přesný servomotor: Rozlišení tahu 0,01 mm/h, rotační soustřednost <0,01 mm.
Magnetické těsnění s kapalinou: Bezkontaktní přenos pro nepřetržitý růst (>72 hodin).

3. Systém regulace teploty
PID regulace s uzavřenou smyčkou: Úprava výkonu v reálném čase (50–200 kW) pro stabilizaci tepelného pole.
Ochrana inertním plynem: Směs Ar/N₂ (čistota 99,999 %) zabraňuje oxidaci.

4. Automatizace a monitorování
Monitorování průměru CCD: Zpětná vazba v reálném čase (přesnost ±0,01 mm).
Infračervená termografie: Monitoruje morfologii rozhraní pevných látek a kapalin.

Porovnání metod CZ vs. KY

Parametr	Metoda CZ	Metoda KY
Maximální velikost krystalu	12 palců (300 mm)	400 mm (ingot ve tvaru hrušky)
Hustota defektů	<100/cm²	<50/cm²
Tempo růstu	0,5–5 mm/h	0,1–2 mm/h
Spotřeba energie	50–80 kWh/kg	80–120 kWh/kg
Aplikace	LED substráty, GaN epitaxe	Optická okna, velké ingoty
Náklady	Střední (vysoké investice do vybavení)	Vysoká (složitý proces)

Klíčové aplikace

1. Polovodičový průmysl
Epitaxní substráty GaN: 2–8palcové destičky (TTV <10 μm) pro mikro-LED a laserové diody.
SOI destičky: Drsnost povrchu <0,2 nm pro 3D integrované čipy.

2. Optoelektronika
UV laserová okna: Odolávají hustotě výkonu 200 W/cm² pro litografickou optiku.
Infračervené složky: Absorpční koeficient <10⁻³ cm⁻¹ pro termovizi.

3. Spotřební elektronika
Kryty fotoaparátů smartphonů: Tvrdost dle Mohsovy stupnice 9, 10× lepší odolnost proti poškrábání.
Displeje chytrých hodinek: Tloušťka 0,3–0,5 mm, propustnost >92 %.

4. Obrana a letectví
Okna jaderného reaktoru: Tolerance záření až 10¹⁶ n/cm².
Zrcadla pro vysoce výkonné lasery: Tepelná deformace <λ/20@1064 nm.

Služby XKH

1. Úpravy vybavení
Škálovatelná konstrukce komory: Konfigurace o rozměrech Φ200–400 mm pro výrobu destiček o rozměrech 2–12 palců.
Flexibilita dopování: Podporuje dopování kovy vzácných zemin (Er/Yb) a přechodnými kovy (Ti/Cr) pro dosažení optoelektronických vlastností na míru.

2. Komplexní podpora
Optimalizace procesů: Předběžně ověřené receptury (50+) pro LED, RF zařízení a radiačně zpevněné součástky.
Globální servisní síť: Nepřetržitá vzdálená diagnostika a údržba na místě s 24měsíční zárukou.

3. Následné zpracování
Výroba destiček: Krájení, broušení a leštění destiček o rozměrech 2–12 palců (rovina C/A).
Produkty s přidanou hodnotou:
Optické komponenty: UV/IR okénka (tloušťka 0,5–50 mm).
Materiály šperkařské kvality: rubín Cr³⁺ (s certifikací GIA), hvězdicový safír Ti³⁺.

4. Technické vedení
Certifikace: Destičky splňující normu EMI.
Patenty: Klíčové patenty v oblasti inovací metod v Česku.

Závěr

Zařízení CZ nabízí kompatibilitu s velkými rozměry, ultra nízkou míru vad a vysokou stabilitu procesu, což z něj činí průmyslový standard pro LED, polovodičové a obranné aplikace. Společnost XKH poskytuje komplexní podporu od nasazení zařízení až po následné zpracování, což klientům umožňuje dosáhnout nákladově efektivní a vysoce výkonné výroby safírových krystalů.