Tek kristaller doğada nadir bulunur ve oluştuklarında bile genellikle çok küçüktürler -genellikle milimetre (mm) ölçeğinde- ve elde edilmeleri zordur. Elmas, zümrüt, akik vb. gibi bilinen taşlar genellikle endüstriyel uygulamalara girmez, hatta piyasaya bile girmez; çoğu müzelerde sergilenmek üzere sergilenir. Ancak, entegre devre endüstrisindeki tek kristal silikon, optik lenslerde yaygın olarak kullanılan safir ve üçüncü nesil yarı iletkenlerde ivme kazanan silisyum karbür gibi bazı tek kristaller önemli endüstriyel değere sahiptir. Bu tek kristallerin endüstriyel olarak seri üretilebilmesi, yalnızca endüstriyel ve bilimsel teknolojide gücü temsil etmekle kalmaz, aynı zamanda zenginliğin de bir sembolüdür. Endüstride tek kristal üretimi için temel gereklilik, maliyetleri daha etkili bir şekilde düşürmenin anahtarı olduğu için büyük boyuttur. Aşağıda piyasada sıkça karşılaşılan bazı tek kristaller bulunmaktadır:
1. Safir Tek Kristal
Safir tek kristal, altıgen bir kristal sistemine, 9 Mohs sertliğine ve kararlı kimyasal özelliklere sahip α-Al₂O₃'yi ifade eder. Asidik veya alkali aşındırıcı sıvılarda çözünmez, yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır ve mükemmel ışık geçirgenliği, ısı iletkenliği ve elektrik yalıtımı sergiler.
Kristaldeki Al iyonları Ti ve Fe iyonlarıyla değiştirilirse kristal mavi görünür ve safir olarak adlandırılır. Cr iyonlarıyla değiştirilirse kırmızı görünür ve yakut olarak adlandırılır. Ancak endüstriyel safir, saf α-Al₂O₃'dir, renksiz ve şeffaftır, safsızlık içermez.
Endüstriyel safir genellikle 400-700 μm kalınlığında ve 10-20 cm çapında gofret formundadır. Bunlara gofret denir ve kristal külçelerden kesilir. Aşağıda, henüz cilalanmamış veya kesilmemiş, tek kristal fırınından yeni çıkarılmış bir külçe gösterilmektedir.
2018 yılında, İç Moğolistan'daki Jinghui Elektronik Şirketi, dünyanın en büyük 450 kg'lık ultra büyük safir kristalini başarıyla üretti. Dünya çapındaki önceki en büyük safir kristal, Rusya'da üretilen 350 kg'lık bir kristaldi. Görselde görüldüğü gibi, bu kristal düzgün bir şekle sahip, tamamen şeffaf, çatlak ve tane sınırı içermeyen ve çok az kabarcık içeren bir kristaldir.
2. Tek Kristal Silisyum
Günümüzde entegre devre yongalarında kullanılan tek kristal silisyumun saflığı %99,9999999 ile %99,999999999 (9-11 dokuz) arasındadır ve 420 kg'lık bir silisyum külçesinin elmas benzeri mükemmel bir yapıyı koruması gerekir. Doğada, bir karatlık (200 mg) bir elmas bile nispeten nadirdir.
Küresel tek kristal silisyum külçe üretimine beş büyük şirket hakimdir: Japonya'dan Shin-Etsu (%28,0), Japonya'dan SUMCO (%21,9), Tayvan'dan GlobalWafers (%15,1), Güney Kore'den SK Siltron (%11,6) ve Almanya'dan Siltronic (%11,3). Çin anakarasındaki en büyük yarı iletken yonga üreticisi NSIG bile pazar payının yalnızca yaklaşık %2,3'üne sahiptir. Yine de, yeni bir şirket olarak potansiyeli hafife alınmamalıdır. NSIG, 2024 yılında entegre devreler için 300 mm silikon yonga üretimini yükseltme projesine yatırım yapmayı planlıyor ve tahmini toplam yatırım tutarı 13,2 milyar ¥'dir.
Yongaların hammaddesi olan yüksek saflıktaki tek kristal silikon külçeler, 6 inçten 12 inç çaplara doğru evriliyor. TSMC ve GlobalFoundries gibi önde gelen uluslararası yonga dökümhaneleri, 12 inçlik silikon gofretlerden yonga üretirken, 8 inçlik gofretlerin kullanımı kademeli olarak azaltılıyor. Yurt içi lider SMIC ise hâlâ ağırlıklı olarak 6 inçlik gofretleri kullanıyor. Şu anda yalnızca Japonya merkezli SUMCO, yüksek saflıkta 12 inçlik gofret alt tabakaları üretebiliyor.
3. Galyum Arsenit
Galyum arsenit (GaAs) gofretler önemli bir yarı iletken malzemedir ve boyutları hazırlama sürecinde kritik bir parametredir.
Günümüzde GaAs yongaları genellikle 2 inç, 3 inç, 4 inç, 6 inç, 8 inç ve 12 inç boyutlarında üretilmektedir. Bunlar arasında 6 inç yongalar en yaygın kullanılan özelliklerden biridir.
Yatay Bridgman (HB) yöntemiyle üretilen tek kristallerin maksimum çapı genellikle 7,5 cm (3 inç) iken, Sıvı Kapsüllü Czochralski (LEC) yöntemi 30 cm'ye kadar çapa sahip tek kristaller üretebilir. Ancak, LEC büyütme yüksek ekipman maliyeti gerektirir ve homojen olmayan ve yüksek dislokasyon yoğunluğuna sahip kristaller üretir. Dikey Gradyan Dondurma (VGF) ve Dikey Bridgman (VB) yöntemleri şu anda nispeten homojen yapıya ve daha düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip, 20 cm'ye kadar çapa sahip tek kristaller üretebilir.
4 inç ve 6 inç yarı yalıtkan GaAs cilalı gofretlerin üretim teknolojisi, esas olarak üç şirket tarafından yönetilmektedir: Japonya'dan Sumitomo Electric Industries, Almanya'dan Freiberger Compound Materials ve ABD'den AXT. 2015 yılına gelindiğinde, 6 inçlik alt tabakalar pazar payının %90'ından fazlasını oluşturuyordu.
2019 yılında, küresel GaAs substrat pazarına Freiberger, Sumitomo ve Beijing Tongmei hakim olmuş ve sırasıyla %28, %21 ve %13 pazar paylarına sahip olmuştur. Danışmanlık firması Yole'nin tahminlerine göre, GaAs substratlarının küresel satışları (2 inç eşdeğerlerine dönüştürüldüğünde) 2019 yılında yaklaşık 20 milyon adede ulaşmış ve 2025 yılına kadar 35 milyon adedi aşması öngörülmektedir. Küresel GaAs substrat pazarının değeri 2019 yılında yaklaşık 200 milyon dolar olarak gerçekleşmiş olup, 2019-2025 yılları arasında %9,67 bileşik yıllık büyüme oranıyla (CAGR) 2025 yılına kadar 348 milyon dolara ulaşması beklenmektedir.
4. Silisyum Karbür Tek Kristal
Şu anda pazar, 2 inç ve 3 inç çapındaki silisyum karbür (SiC) tek kristallerinin büyümesini tamamen destekleyebilmektedir. Birçok şirket, 4 inç 4H tipi SiC tek kristallerinin başarılı bir şekilde büyüdüğünü bildirerek, Çin'in SiC kristal büyüme teknolojisinde dünya standartlarında bir seviyeye ulaştığını göstermektedir. Ancak, ticarileşmenin önünde hala önemli bir boşluk bulunmaktadır.
Sıvı faz yöntemleriyle üretilen SiC külçeleri genellikle nispeten küçüktür ve kalınlıkları santimetre düzeyindedir. Bu durum, SiC yongalarının yüksek maliyetinin de bir nedenidir.
XKH, safir, silisyum karbür (SiC), silisyum gofretler ve seramikler dahil olmak üzere çekirdek yarı iletken malzemelerin Ar-Ge ve özelleştirilmiş işleme süreçlerinde uzmanlaşmış olup, kristal büyütmeden hassas işlemeye kadar tüm değer zincirini kapsamaktadır. Entegre endüstriyel yeteneklerimizi kullanarak, lazer sistemleri, yarı iletken üretimi ve yenilenebilir enerji uygulamalarındaki aşırı çevresel talepleri karşılamak için özel kesim, yüzey kaplama ve karmaşık geometri üretimi gibi özel çözümlerle desteklenen yüksek performanslı safir gofretler, silisyum karbür alt tabakalar ve ultra yüksek saflıkta silikon gofretler sağlıyoruz.
Kalite standartlarına bağlı kalarak ürettiğimiz ürünlerimiz, mikron düzeyinde hassasiyet, 1500°C'nin üzerinde termal stabilite ve üstün korozyon direnci sunarak zorlu çalışma koşullarında güvenilirlik sağlar. Ayrıca, kuvars substratlar, metal/metal olmayan malzemeler ve diğer yarı iletken sınıfı bileşenler tedarik ederek, farklı sektörlerdeki müşterilerimiz için prototiplemeden seri üretime sorunsuz geçişler sağlıyoruz.
Gönderi zamanı: 29 Ağustos 2025