גבישים בודדים טריים

גבישים בודדים הם נדירים בטבעם, וגם כאשר הם אכן מופיעים, הם בדרך כלל קטנים מאוד - בדרך כלל בקנה מידה של מילימטר (מ"מ) - וקשים להשגה. יהלומים, אזמרגדים, אגטים וכו' שדווחו עליהם, בדרך כלל אינם נכנסים למחזור השוק, שלא לדבר על יישומים תעשייתיים; רובם מוצגים במוזיאונים לתצוגה. עם זאת, לחלק מהגבישים הבודדים יש ערך תעשייתי משמעותי, כגון סיליקון גבישי יחיד בתעשיית המעגלים המשולבים, ספיר המשמש בדרך כלל בעדשות אופטיות, וסיליקון קרביד, שצובר תאוצה במוליכים למחצה מהדור השלישי. היכולת לייצר גבישים בודדים אלה באופן תעשייתי לא רק מייצגת חוזק בטכנולוגיה תעשייתית ומדעית, אלא גם סמל לעושר. הדרישה העיקרית לייצור גבישים בודדים בתעשייה היא גודל גדול, שכן זהו המפתח להפחתת עלויות בצורה יעילה יותר. להלן כמה גבישים בודדים נפוצים בשוק:

1. גביש ספיר יחיד
גביש ספיר יחיד מתייחס ל-α-Al₂O₃, בעל מערכת גבישים משושה, קשיות מוס של 9 ותכונות כימיות יציבות. הוא אינו מסיס בנוזלים קורוזיביים חומציים או בסיסיים, עמיד לטמפרטורות גבוהות, ומציג העברת אור, מוליכות תרמית ובידוד חשמלי מצוינים.

אם יוני Al בגביש מוחלפים ביוני Ti ו-Fe, הגביש נראה כחול ונקרא ספיר. אם הוא מוחלף ביוני Cr, הוא נראה אדום ונקרא אודם. עם זאת, ספיר תעשייתי הוא α-Al₂O₃ טהור, חסר צבע ושקוף, ללא זיהומים.

ספיר תעשייתי לובש בדרך כלל צורה של פרוסות קש (wafers), בעובי 400-700 מיקרון ובקוטר 4-8 אינץ'. אלו ידועים כפרוסות קש והם נחתכים ממטיל קריסטל. להלן מטיל שנמשך זה עתה מכבשן גביש יחיד, טרם מלוטש או נחתך.

בשנת 2018, חברת ג'ינגהוי אלקטרוניקה במונגוליה הפנימית גידלה בהצלחה את גביש הספיר הגדול ביותר בעולם במשקל 450 ק"ג. גביש הספיר הגדול ביותר בעולם הקודם היה גביש במשקל 350 ק"ג שיוצר ברוסיה. כפי שניתן לראות בתמונה, לגביש זה יש צורה רגילה, הוא שקוף לחלוטין, נקי מסדקים וגבולות גרגירים, ויש לו מעט בועות.

2. סיליקון חד-גבישי
כיום, סיליקון חד-גבישי המשמש לשבבי מעגלים משולבים הוא בעל טוהר של 99.9999999% עד 99.999999999% (9–11 תשיעיות), ומטיל סיליקון במשקל 420 ק"ג חייב לשמור על מבנה מושלם דמוי יהלום. בטבע, אפילו יהלום במשקל קראט אחד (200 מ"ג) הוא נדיר יחסית.

הייצור העולמי של מטילי סיליקון חד-גבישיים נשלט על ידי חמש חברות עיקריות: Shin-Etsu היפנית (28.0%), SUMCO היפנית (21.9%), GlobalWafers הטייוואנית (15.1%), SK Siltron הדרום קוריאנית (11.6%) ו-Siltronic הגרמנית (11.3%). אפילו יצרנית פרוסות המוליכים למחצה הגדולה ביותר בסין היבשתית, NSIG, מחזיקה רק בכ-2.3% מנתח השוק. עם זאת, כחברה חדשה, אין לזלזל בפוטנציאל שלה. בשנת 2024, NSIG מתכננת להשקיע בפרויקט לשדרוג ייצור פרוסות סיליקון של 300 מ"מ עבור מעגלים משולבים, עם השקעה כוללת מוערכת של 13.2 מיליארד ין.

כחומר הגלם לשבבים, מטילי סיליקון חד-גבישיים בעלי טוהר גבוה מתפתחים מקוטר של 6 אינץ' ל-12 אינץ'. בתי יציקה בינלאומיים מובילים של שבבים, כמו TSMC ו-GlobalFoundries, מייצרים שבבים מווסתים של פרוסות סיליקון בגודל 12 אינץ' למיינסטרים בשוק, בעוד שפרוסות של 8 אינץ' יוצאות בהדרגה משימוש. החברה המובילה המקומית, SMIC, עדיין משתמשת בעיקר בפרוסות של 6 אינץ'. נכון לעכשיו, רק SUMCO היפנית יכולה לייצר מצעים של פרוסות סיליקון בגודל 12 אינץ' בעלי טוהר גבוה.

3. גליום ארסניד
פרוסות גליום ארסניד (GaAs) הן חומר מוליך למחצה חשוב, וגודלן הוא פרמטר קריטי בתהליך ההכנה.

כיום, פרוסות GaAs מיוצרות בדרך כלל בגדלים של 2 אינץ', 3 אינץ', 4 אינץ', 6 אינץ', 8 אינץ' ו-12 אינץ'. מבין אלה, פרוסות 6 אינץ' הן אחת המפרטים הנפוצים ביותר.

הקוטר המקסימלי של גבישים בודדים הגדלים בשיטת הברידג'מן האופקי (HB) הוא בדרך כלל 3 אינץ', בעוד ששיטת צ'וכרלסקי בכמוסה נוזלית (LEC) יכולה לייצר גבישים בודדים בקוטר של עד 12 אינץ'. עם זאת, גידול LEC דורש עלויות ציוד גבוהות ומניב גבישים עם חוסר אחידות וצפיפות פריקה גבוהה. שיטות הקפאת גרדיאנט אנכית (VGF) וברידג'מן אנכי (VB) יכולות כיום לייצר גבישים בודדים בקוטר של עד 8 אינץ', עם מבנה אחיד יחסית וצפיפות פריקה נמוכה יותר.

טכנולוגיית הייצור של פרוסות GaAs מלוטשות למחצה מבודדות בגודל 4 אינץ' ו-6 אינץ' נשלטת בעיקר על ידי שלוש חברות: Sumitomo Electric Industries היפנית, Freiberger Compound Materials הגרמנית ו-AXT האמריקאית. עד שנת 2015, מצעים בגודל 6 אינץ' כבר היוו למעלה מ-90% מנתח השוק.

בשנת 2019, שוק מצעי GaAs העולמי נשלט על ידי Freiberger, Sumitomo ו-Beijing Tongmei, עם נתחי שוק של 28%, 21% ו-13% בהתאמה. על פי הערכות של חברת הייעוץ Yole, המכירות העולמיות של מצעי GaAs (בהמרה למקבילות של 2 אינץ') הגיעו לכ-20 מיליון יחידות בשנת 2019 וצפויות לעלות על 35 מיליון יחידות עד 2025. שוק מצעי GaAs העולמי הוערך בכ-200 מיליון דולר בשנת 2019 וצפוי להגיע ל-348 מיליון דולר עד 2025, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר (CAGR) של 9.67% בין השנים 2019 ל-2025.

4. גביש יחיד מסיליקון קרביד
נכון לעכשיו, השוק יכול לתמוך באופן מלא בצמיחה של גבישים בודדים מסיליקון קרביד (SiC) בקוטר 2 אינץ' ו-3 אינץ'. חברות רבות דיווחו על צמיחה מוצלחת של גבישים בודדים מסיליקון קרביד מסוג 4H בקוטר 4 אינץ', מה שמסמן את הישגיה של סין ברמות ברמה עולמית בטכנולוגיית גידול גבישי SiC. עם זאת, עדיין קיים פער משמעותי לפני המסחור.

באופן כללי, מטילי SiC הגדלים בשיטות פאזה נוזלית הם קטנים יחסית, עם עובי של סנטימטר. זוהי גם סיבה לעלות הגבוהה של פרוסות SiC.

XKH מתמחה במחקר ופיתוח ובעיבוד מותאם אישית של חומרי ליבה של מוליכים למחצה, כולל ספיר, סיליקון קרביד (SiC), פרוסות סיליקון וקרמיקה, המכסות את כל שרשרת הערך, החל מגידול גבישים ועד לעיבוד שבבי מדויק. תוך מינוף יכולות תעשייתיות משולבות, אנו מספקים פרוסות ספיר בעלות ביצועים גבוהים, מצעי סיליקון קרביד ופרוסות סיליקון בעלות טוהר גבוה במיוחד, הנתמכות על ידי פתרונות מותאמים אישית כגון חיתוך בהתאמה אישית, ציפוי פני שטח וייצור גיאומטריה מורכבת כדי לעמוד בדרישות סביבתיות קיצוניות במערכות לייזר, ייצור מוליכים למחצה ויישומי אנרגיה מתחדשת.

בהתאם לתקני איכות, מוצרינו מתאפיינים בדיוק ברמת מיקרון, יציבות תרמית של מעל 1500 מעלות צלזיוס ועמידות מעולה בפני קורוזיה, המבטיחים אמינות בתנאי הפעלה קשים. בנוסף, אנו מספקים מצעי קוורץ, חומרים מתכתיים/לא מתכתיים ורכיבים אחרים ברמת מוליכים למחצה, המאפשרים מעברים חלקים מאב טיפוס לייצור המוני עבור לקוחות במגוון תעשיות.