Os monocristais son raros na natureza e, mesmo cando aparecen, adoitan ser moi pequenos (normalmente de escala milimétrica) e difíciles de obter. Os diamantes, esmeraldas, ágatas etc. rexistrados xeralmente non entran na circulación do mercado, e moito menos en aplicacións industriais; a maioría expóñense en museos para exhibicións. Non obstante, algúns monocristais teñen un valor industrial significativo, como o silicio monocristalino na industria dos circuítos integrados, o zafiro que se usa habitualmente en lentes ópticas e o carburo de silicio, que está a gañar impulso nos semicondutores de terceira xeración. A capacidade de producir en masa estes monocristais industrialmente non só representa a forza na tecnoloxía industrial e científica, senón que tamén é un símbolo de riqueza. O requisito principal para a produción de monocristais na industria é o gran tamaño, xa que é clave para reducir os custos de forma máis eficaz. A continuación móstranse algúns monocristais comúns no mercado:
1. Monocristal de zafiro
O monocristal de zafiro refírese ao α-Al₂O₃, que ten un sistema cristalino hexagonal, unha dureza Mohs de 9 e propiedades químicas estables. É insoluble en líquidos corrosivos ácidos ou alcalinos, resistente a altas temperaturas e presenta unha excelente transmisión da luz, condutividade térmica e illamento eléctrico.
Se os ións de Al do cristal son substituídos por ións de Ti e Fe, o cristal aparece azul e chámase zafiro. Se o substitúen ións de Cr, aparece vermello e chámase rubí. Non obstante, o zafiro industrial é α-Al₂O₃ puro, incoloro e transparente, sen impurezas.
O zafiro industrial adoita adoptar a forma de obleas, de 400–700 μm de grosor e 4–8 polgadas de diámetro. Estas coñécense como obleas e córtanse a partir de lingotes de cristal. A continuación móstrase un lingote acabado de sacar dun forno de monocristal, aínda sen pulir nin cortar.
En 2018, a empresa electrónica Jinghui de Mongolia Interior conseguiu cultivar con éxito o cristal de zafiro ultragrande máis grande do mundo, de 450 kg. O cristal de zafiro máis grande do mundo anterior era un cristal de 350 kg producido en Rusia. Como se pode ver na imaxe, este cristal ten unha forma regular, é totalmente transparente, está libre de gretas nin límites de grans e ten poucas burbullas.
2. Silicio monocristalino
Actualmente, o silicio monocristalino empregado para os chips de circuítos integrados ten unha pureza do 99,9999999 % ao 99,999999999 % (9–11 nove), e un lingote de silicio de 420 kg debe manter unha estrutura perfecta semellante á do diamante. Na natureza, mesmo un diamante dun quilate (200 mg) é relativamente raro.
A produción mundial de lingotes de silicio monocristalino está dominada por cinco empresas principais: Shin-Etsu do Xapón (28,0 %), SUMCO do Xapón (21,9 %), GlobalWafers de Taiwán (15,1 %), SK Siltron de Corea do Sur (11,6 %) e Siltronic de Alemaña (11,3 %). Mesmo o maior fabricante de obleas de semicondutores da China continental, NSIG, só posúe arredor do 2,3 % da cota de mercado. Non obstante, como recén chegado, non se debe subestimar o seu potencial. En 2024, NSIG planea investir nun proxecto para mellorar a produción de obleas de silicio de 300 mm para circuítos integrados, cun investimento total estimado de 13.200 millóns de iens.
Como materia prima para os chips, os lingotes de silicio monocristalino de alta pureza están a evolucionar de diámetros de 6 polgadas a 12 polgadas. As principais fundicións internacionais de chips, como TSMC e GlobalFoundries, están a converter os chips de obleas de silicio de 12 polgadas na corrente principal do mercado, mentres que as obleas de 8 polgadas están a ser eliminadas gradualmente. O líder nacional SMIC aínda usa principalmente obleas de 6 polgadas. Actualmente, só a xaponesa SUMCO pode producir substratos de obleas de 12 polgadas de alta pureza.
3. Arseniuro de galio
As obleas de arseniuro de galio (GaAs) son un material semicondutor importante e o seu tamaño é un parámetro crítico no proceso de preparación.
Actualmente, as obleas de GaAs prodúcense normalmente en tamaños de 2 polgadas, 3 polgadas, 4 polgadas, 6 polgadas, 8 polgadas e 12 polgadas. Entre elas, as obleas de 6 polgadas son unha das especificacións máis empregadas.
O diámetro máximo dos monocristais cultivados polo método Bridgman horizontal (HB) é xeralmente de 3 polgadas, mentres que o método Czochralski encapsulado en líquido (LEC) pode producir monocristais de ata 12 polgadas de diámetro. Non obstante, o crecemento LEC require altos custos de equipamento e produce cristais con non uniformidade e alta densidade de dislocacións. Os métodos de conxelación por gradiente vertical (VGF) e Bridgman vertical (VB) poden producir actualmente monocristais de ata 8 polgadas de diámetro, cunha estrutura relativamente uniforme e unha menor densidade de dislocacións.
A tecnoloxía de produción de obleas pulidas de GaAs semiillantes de 4 e 6 polgadas está dominada principalmente por tres empresas: Sumitomo Electric Industries (xaponesa), Freiberger Compound Materials (alemá) e AXT (estadounidense). En 2015, os substratos de 6 polgadas xa representaban máis do 90 % da cota de mercado.
En 2019, o mercado global de substratos de GaAs estaba dominado por Freiberger, Sumitomo e Beijing Tongmei, con cotas de mercado do 28 %, 21 % e 13 %, respectivamente. Segundo as estimacións da consultora Yole, as vendas globais de substratos de GaAs (convertidos a equivalentes de 2 polgadas) alcanzaron aproximadamente os 20 millóns de pezas en 2019 e proxéctase que superen os 35 millóns de pezas en 2025. O mercado global de substratos de GaAs valorouse en arredor de 200 millóns de dólares en 2019 e espérase que alcance os 348 millóns de dólares en 2025, cunha taxa de crecemento anual composta (CAGR) do 9,67 % de 2019 a 2025.
4. Monocristal de carburo de silicio
Actualmente, o mercado pode soportar plenamente o crecemento de monocristais de carburo de silicio (SiC) de 2 e 3 polgadas de diámetro. Moitas empresas informaron dun crecemento exitoso de monocristais de SiC de tipo 4H de 4 polgadas, o que marca o logro de China de niveis de clase mundial na tecnoloxía de crecemento de cristais de SiC. Non obstante, aínda hai unha brecha significativa antes da comercialización.
En xeral, os lingotes de SiC cultivados por métodos en fase líquida son relativamente pequenos, con grosores do nivel de centímetros. Esta tamén é unha razón para o alto custo das obleas de SiC.
XKH especialízase en I+D e procesamento personalizado de materiais semicondutores básicos, incluíndo zafiro, carburo de silicio (SiC), obleas de silicio e cerámica, cubrindo toda a cadea de valor desde o crecemento de cristais ata o mecanizado de precisión. Aproveitando as capacidades industriais integradas, ofrecemos obleas de zafiro de alto rendemento, substratos de carburo de silicio e obleas de silicio de ultra alta pureza, respaldadas por solucións personalizadas como corte personalizado, revestimento superficial e fabricación de xeometrías complexas para satisfacer as demandas ambientais extremas en sistemas láser, fabricación de semicondutores e aplicacións de enerxías renovables.
Cumprindo os estándares de calidade, os nosos produtos presentan unha precisión de nivel micrónico, unha estabilidade térmica de >1500 °C e unha resistencia á corrosión superior, o que garante a fiabilidade en condicións de funcionamento adversas. Ademais, subministramos substratos de cuarzo, materiais metálicos/non metálicos e outros compoñentes de grao semicondutor, o que permite transicións sen problemas da creación de prototipos á produción en masa para clientes de todas as industrias.
Data de publicación: 29 de agosto de 2025