Tek kristaller doğada nadirdir ve bulunduklarında bile genellikle çok küçüktürler—tipik olarak milimetre (mm) ölçeğinde—ve elde edilmesi zordur. Bildirilen elmaslar, zümrütler, akikler vb. genellikle piyasaya sürülmez, endüstriyel uygulamalardan bahsetmeye bile gerek yok; çoğu sergilenmek üzere müzelerde sergilenir. Bununla birlikte, bazı tek kristaller önemli endüstriyel değere sahiptir, örneğin entegre devre endüstrisindeki tek kristal silikon, optik lenslerde yaygın olarak kullanılan safir ve üçüncü nesil yarı iletkenlerde ivme kazanan silisyum karbür. Bu tek kristallerin endüstriyel olarak seri üretimi, yalnızca endüstriyel ve bilimsel teknolojideki gücü temsil etmekle kalmaz, aynı zamanda zenginliğin de bir sembolüdür. Endüstride tek kristal üretiminin temel gereksinimi büyük boyuttur, çünkü bu maliyetleri daha etkili bir şekilde düşürmenin anahtarıdır. Aşağıda piyasada yaygın olarak karşılaşılan bazı tek kristaller bulunmaktadır:
1. Safir Tek Kristal
Safir tek kristali, altıgen kristal sistemine, 9 Mohs sertliğine ve kararlı kimyasal özelliklere sahip α-Al₂O₃'ü 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. Bununla birlikte, endüstriyel safir, safsızlık içermeyen, renksiz ve şeffaf α-Al₂O₃'tür.
Endüstriyel safir genellikle 400-700 μm kalınlığında ve 4-8 inç çapında levhalar halinde bulunur. Bunlar levha olarak bilinir 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 boyutlu safir kristalini başarıyla üretti. Daha önceki en büyük safir kristali ise Rusya'da üretilen 350 kg'lık bir kristaldi. Resimde görüldüğü gibi, bu kristal düzenli bir şekle sahip, tamamen şeffaf, çatlak ve tane sınırlarından arındırılmış ve çok az kabarcık içeriyor.
2. Tek Kristalli Silikon
Şu anda entegre devre çiplerinde kullanılan tek kristalli silikonun saflığı %99,9999999 ile %99,999999999 (9-11 dokuz) arasındadır ve 420 kg'lık bir silikon külçesinin elmas benzeri mükemmel bir yapıyı koruması gerekir. Doğada, bir karat (200 mg) elmas bile nispeten nadirdir.
Tek kristalli silikon külçelerin küresel üretiminde beş büyük şirket hakim konumdadır: Japonya'nın Shin-Etsu (%28,0), Japonya'nın SUMCO (%21,9), Tayvan'ın GlobalWafers (%15,1), Güney Kore'nin SK Siltron (%11,6) ve Almanya'nın Siltronic (%11,3). Çin anakarasındaki en büyük yarı iletken gofret üreticisi NSIG bile pazar payının yalnızca yaklaşık %2,3'ünü elinde tutuyor. Bununla birlikte, yeni bir oyuncu olarak potansiyeli hafife alınmamalıdır. NSIG, 2024 yılında entegre devreler için 300 mm silikon gofret üretimini iyileştirme projesine yatırım yapmayı planlıyor ve tahmini toplam yatırım 13,2 milyar yen olacak.
Çip üretiminde kullanılan yüksek saflıkta tek kristalli silikon külçeler, 6 inçten 12 inç çapa doğru evrim geçiriyor. TSMC ve GlobalFoundries gibi önde gelen uluslararası çip üreticileri, 12 inçlik silikon levhalardan üretilen çipleri piyasanın ana akımı haline getirirken, 8 inçlik levhalar kademeli olarak kullanım dışı bırakılıyor. Yerli lider SMIC ise hala ağırlıklı olarak 6 inçlik levhalar kullanıyor. Şu anda sadece Japonya'nın SUMCO şirketi yüksek saflıkta 12 inçlik levha alt tabakaları üretebiliyor.
3. Galyum Arsenit
Galyum arsenit (GaAs) levhalar önemli bir yarı iletken malzemedir ve boyutları üretim sürecinde kritik bir parametredir.
Günümüzde GaAs levhalar genellikle 2 inç, 3 inç, 4 inç, 6 inç, 8 inç ve 12 inç boyutlarında üretilmektedir. Bunlar arasında 6 inçlik levhalar en yaygın kullanılan özelliklerden biridir.
Yatay Bridgman (HB) yöntemiyle yetiştirilen tek kristallerin maksimum çapı genellikle 3 inç iken, Sıvı Kapsüllü Czochralski (LEC) yöntemi 12 inç çapa kadar tek kristaller üretebilir. Bununla birlikte, LEC yöntemi yüksek ekipman maliyetleri 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, 8 inç çapa kadar tek kristaller üretebilmektedir.
4 inç ve 6 inç yarı iletken GaAs cilalı levhaların üretim teknolojisi, esas olarak üç şirket tarafından yönetilmektedir: Japonya'nın Sumitomo Electric Industries, Almanya'nın Freiberger Compound Materials ve ABD'nin AXT şirketleri. 2015 yılı itibariyle, 6 inçlik levhalar pazar payının %90'ından fazlasını zaten elinde bulunduruyordu.
2019 yılında küresel GaAs alt tabaka pazarında Freiberger, Sumitomo ve Beijing Tongmei sırasıyla %28, %21 ve %13 pazar paylarıyla lider konumdaydı. Danışmanlık firması Yole'nin tahminlerine göre, 2019 yılında küresel GaAs alt tabaka satışları (2 inç eşdeğerine dönüştürülmüş) yaklaşık 20 milyon adede ulaşmış ve 2025 yılına kadar 35 milyon adedi aşması beklenmektedir. Küresel GaAs alt tabaka pazarının değeri 2019 yılında yaklaşık 200 milyon dolar olarak belirlenmiş ve 2025 yılına kadar yıllık bileşik büyüme oranı (CAGR) %9,67 ile 348 milyon dolara ulaşması öngörülmektedir.
4. Silisyum Karbür Tek Kristal
Şu anda piyasa, 2 inç ve 3 inç çapında silisyum karbür (SiC) tek kristallerinin büyümesini tam olarak destekleyebiliyor. Birçok şirket, 4 inç 4H tipi SiC tek kristallerinin başarılı bir şekilde büyütüldüğünü bildirerek, Çin'in SiC kristal büyüme teknolojisinde dünya standartlarında bir seviyeye ulaştığını gösterdi. Bununla birlikte, ticarileşme öncesinde hala önemli bir boşluk bulunmaktadır.
Genellikle sıvı faz yöntemleriyle üretilen SiC külçeleri, santimetre düzeyinde kalınlıklarıyla nispeten küçüktür. Bu durum aynı zamanda SiC levhalarının yüksek maliyetinin de bir nedenidir.
XKH, safir, silisyum karbür (SiC), silikon levhalar ve seramikler de dahil olmak üzere temel yarı iletken malzemelerin Ar-Ge'si ve özelleştirilmiş işlenmesinde uzmanlaşmıştır ve kristal büyümesinden hassas işleme kadar tüm değer zincirini kapsamaktadır. Entegre endüstriyel yeteneklerden yararlanarak, lazer sistemlerinde, yarı iletken üretiminde ve yenilenebilir enerji uygulamalarında aşırı çevresel talepleri karşılamak için özel kesim, yüzey kaplama ve karmaşık geometri imalatı gibi özel çözümlerle desteklenen yüksek performanslı safir levhalar, silisyum karbür alt tabakalar ve ultra yüksek saflıkta silikon levhalar sunuyoruz.
Kalite standartlarına bağlı kalarak üretilen ürünlerimiz, mikron düzeyinde hassasiyet, >1500°C termal kararlılık ve üstün korozyon direnci özelliklerine sahiptir ve zorlu çalışma koşullarında güvenilirlik sağlar. Ayrıca, kuvars alt tabakalar, metal/metal olmayan malzemeler ve diğer yarı iletken sınıfı bileşenler tedarik ederek, sektörler genelindeki müşterilerimiz için prototiplemeden seri üretime sorunsuz geçişler sağlıyoruz.
Yayın tarihi: 29 Ağustos 2025