Els monocristalls són rars a la natura i, fins i tot quan apareixen, solen ser molt petits (normalment a escala mil·limètrica (mm)) i difícils d'obtenir. Els diamants, les maragdes, les àgates, etc., que s'han reportat, generalment no entren al mercat, i molt menys en aplicacions industrials; la majoria s'exhibeixen en museus per a exhibicions. Tanmateix, alguns monocristalls tenen un valor industrial significatiu, com el silici monocristall a la indústria dels circuits integrats, el safir que s'utilitza habitualment en lents òptiques i el carbur de silici, que està guanyant impuls en els semiconductors de tercera generació. La capacitat de produir en massa aquests monocristalls industrialment no només representa la força en la tecnologia industrial i científica, sinó que també és un símbol de riquesa. El requisit principal per a la producció de monocristalls a la indústria és la gran mida, ja que és clau per reduir els costos de manera més eficaç. A continuació es mostren alguns monocristalls que es troben habitualment al mercat:
1. Monocristall de safir
El monocristall de safir fa referència a l'α-Al₂O₃, que té un sistema cristal·lí hexagonal, una duresa Mohs de 9 i propietats químiques estables. És insoluble en líquids corrosius àcids o alcalins, resistent a altes temperatures i presenta una excel·lent transmissió de la llum, conductivitat tèrmica i aïllament elèctric.
Si els ions d'Al del cristall són substituïts per ions de Ti i Fe, el cristall apareix de color blau i s'anomena safir. Si és substituït per ions de Cr, apareix de color vermell i s'anomena robí. Tanmateix, el safir industrial és α-Al₂O₃ pur, incolor i transparent, sense impureses.
El safir industrial normalment es presenta en forma d'oblies, de 400–700 μm de gruix i 4–8 polzades de diàmetre. Aquestes es coneixen com a oblies i es tallen a partir de lingots de cristall. A continuació es mostra un lingot acabat d'extreure d'un forn de monocristall, encara no polit ni tallat.
El 2018, l'empresa electrònica Jinghui de la Mongòlia Interior va aconseguir fer créixer el cristall de safir de mida ultra gran més gran del món, de 450 kg. L'anterior cristall de safir més gran del món era un cristall de 350 kg produït a Rússia. Com es veu a la imatge, aquest cristall té una forma regular, és totalment transparent, lliure d'esquerdes ni límits de gra, i té poques bombolles.
2. Silici monocristall
Actualment, el silici monocristall utilitzat per a xips de circuits integrats té una puresa del 99,9999999% al 99,999999999% (9–11 nous), i un lingot de silici de 420 kg ha de mantenir una estructura perfecta semblant a la del diamant. A la natura, fins i tot un diamant d'un quirat (200 mg) és relativament rar.
La producció mundial de lingots de silici monocristall està dominada per cinc grans empreses: la japonesa Shin-Etsu (28,0%), la japonesa SUMCO (21,9%), la taiwanesa GlobalWafers (15,1%), la sud-coreana SK Siltron (11,6%) i l'alemanya Siltronic (11,3%). Fins i tot el fabricant de làmines de semiconductors més gran de la Xina continental, NSIG, només té una quota de mercat aproximada del 2,3%. No obstant això, com a nouvingut, no s'ha de subestimar el seu potencial. El 2024, NSIG té previst invertir en un projecte per actualitzar la producció de làmines de silici de 300 mm per a circuits integrats, amb una inversió total estimada de 13.200 milions de iens.
Com a matèria primera per als xips, els lingots de silici monocristall d'alta puresa estan evolucionant de diàmetres de 6 polzades a 12 polzades. Les principals foneries de xips internacionals, com ara TSMC i GlobalFoundries, estan convertint els xips a partir d'oblies de silici de 12 polzades en la norma general del mercat, mentre que les oblies de 8 polzades s'estan eliminant gradualment. El líder nacional SMIC encara utilitza principalment oblies de 6 polzades. Actualment, només el japonès SUMCO pot produir substrats d'oblies d'alta puresa de 12 polzades.
3. Arsenur de gal·li
Les oblies d'arseniur de gal·li (GaAs) són un material semiconductor important, i la seva mida és un paràmetre crític en el procés de preparació.
Actualment, les oblies de GaAs es produeixen normalment en mides de 2 polzades, 3 polzades, 4 polzades, 6 polzades, 8 polzades i 12 polzades. D'entre aquestes, les oblies de 6 polzades són una de les especificacions més utilitzades.
El diàmetre màxim dels monocristalls cultivats pel mètode Bridgman Horitzontal (HB) és generalment de 3 polzades, mentre que el mètode Czochralski Encapsulat en Líquid (LEC) pot produir monocristalls de fins a 12 polzades de diàmetre. Tanmateix, el creixement LEC requereix uns costos d'equipament elevats i produeix cristalls amb no uniformitat i alta densitat de dislocacions. Els mètodes Vertical Gradient Freeze (VGF) i Vertical Bridgman (VB) actualment poden produir monocristalls de fins a 8 polzades de diàmetre, amb una estructura relativament uniforme i una densitat de dislocacions més baixa.
La tecnologia de producció de les oblies polides de GaAs semiaïllants de 4 i 6 polzades la dominen principalment tres empreses: la japonesa Sumitomo Electric Industries, l'alemanya Freiberger Compound Materials i l'americana AXT. El 2015, els substrats de 6 polzades ja representaven més del 90% de la quota de mercat.
El 2019, el mercat mundial de substrats de GaAs estava dominat per Freiberger, Sumitomo i Beijing Tongmei, amb quotes de mercat del 28%, 21% i 13%, respectivament. Segons les estimacions de la consultora Yole, les vendes mundials de substrats de GaAs (convertides a equivalents de 2 polzades) van arribar a aproximadament 20 milions de peces el 2019 i es preveu que superin els 35 milions de peces el 2025. El mercat mundial de substrats de GaAs es va valorar en uns 200 milions de dòlars el 2019 i s'espera que arribi als 348 milions de dòlars el 2025, amb una taxa de creixement anual composta (CAGR) del 9,67% del 2019 al 2025.
4. Monocristall de carbur de silici
Actualment, el mercat pot donar suport completament al creixement de monocristalls de carbur de silici (SiC) de 2 i 3 polzades de diàmetre. Moltes empreses han informat d'un creixement reeixit de monocristalls de SiC de tipus 4H de 4 polzades, cosa que marca l'assoliment per part de la Xina de nivells de classe mundial en la tecnologia de creixement de cristalls de SiC. No obstant això, encara hi ha una bretxa important abans de la comercialització.
Generalment, els lingots de SiC que es fan créixer mitjançant mètodes en fase líquida són relativament petits, amb gruixos de l'ordre del centímetre. Aquesta també és una raó de l'alt cost de les oblies de SiC.
XKH s'especialitza en R+D i processament personalitzat de materials semiconductors bàsics, incloent-hi safir, carbur de silici (SiC), oblies de silici i ceràmica, cobrint tota la cadena de valor, des del creixement dels cristalls fins al mecanitzat de precisió. Aprofitant les capacitats industrials integrades, oferim oblies de safir d'alt rendiment, substrats de carbur de silici i oblies de silici d'ultra alta puresa, amb el suport de solucions a mida com ara tall personalitzat, recobriment superficial i fabricació de geometries complexes per satisfer les demandes ambientals extremes en sistemes làser, fabricació de semiconductors i aplicacions d'energies renovables.
Complint amb els estàndards de qualitat, els nostres productes presenten una precisió a nivell de micres, una estabilitat tèrmica de >1500 °C i una resistència a la corrosió superior, la qual cosa garanteix la fiabilitat en condicions de funcionament dures. A més, subministrem substrats de quars, materials metàl·lics/no metàl·lics i altres components de grau semiconductor, cosa que permet transicions sense problemes del prototipatge a la producció en massa per a clients de totes les indústries.
Data de publicació: 29 d'agost de 2025