አዲስ የተተከሉ ነጠላ ክሪስታሎች

ነጠላ ክሪስታሎች በተፈጥሮአቸው ብርቅ ናቸው፣ እና ቢከሰቱም እንኳ፣ አብዛኛውን ጊዜ በጣም ትንሽ ናቸው - በተለምዶ በሚሊሜትር (ሚሜ) ሚዛን - እና ለማግኘት አስቸጋሪ ናቸው። የተዘገቡት አልማዞች፣ ኤመራልድ፣ አጋቶች፣ ወዘተ በአጠቃላይ ወደ ገበያ ዝውውር አይገቡም፣ የኢንዱስትሪ አፕሊኬሽኖች ይቅርና፤ አብዛኛዎቹ በሙዚየሞች ውስጥ ለኤግዚቢሽን ይታያሉ። ሆኖም፣ አንዳንድ ነጠላ ክሪስታሎች ከፍተኛ የኢንዱስትሪ እሴት አላቸው፣ ለምሳሌ በተቀናጀ የወረዳ ኢንዱስትሪ ውስጥ ነጠላ-ክሪስታል ሲሊከን፣ በኦፕቲካል ሌንሶች ውስጥ በብዛት ጥቅም ላይ የሚውለው ሰንፔር እና በሶስተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተሮች ውስጥ እየጨመረ የመጣውን ሲሊከን ካርቦይድ። እነዚህን ነጠላ ክሪስታሎች በኢንዱስትሪ ውስጥ በጅምላ የማምረት ችሎታ በኢንዱስትሪ እና በሳይንሳዊ ቴክኖሎጂ ውስጥ ጥንካሬን ብቻ ሳይሆን የሀብት ምልክትም ነው። በኢንዱስትሪው ውስጥ ለአንድ ክሪስታል ምርት ዋናው መስፈርት ትልቅ መጠን ነው፣ ምክንያቱም ይህ ወጪዎችን በብቃት ለመቀነስ ቁልፍ ነው። ከዚህ በታች በገበያ ላይ የተለመዱ ነጠላ ክሪስታሎች አሉ፡

1. ሰንፔር ነጠላ ክሪስታል
የሳፋየር ነጠላ ክሪስታል የሚያመለክተው α-Al₂O₃ ሲሆን ይህም ባለ ስድስት ጎን ክሪስታል ሲስተም፣ የ9 የሞህስ ጥንካሬ እና የተረጋጋ የኬሚካል ባህሪያት አሉት። በአሲድ ወይም በአልካላይን ዝገት ፈሳሾች ውስጥ የማይሟሟ፣ ለከፍተኛ የሙቀት መጠን የሚቋቋም እና እጅግ በጣም ጥሩ የብርሃን ማስተላለፊያ፣ የሙቀት አማቂነት እና የኤሌክትሪክ መከላከያ ያሳያል።

በክሪስታል ውስጥ ያሉት የአል አየኖች በቲ እና ፌ አየኖች ከተተኩ፣ ክሪስታሉ ሰማያዊ ሆኖ ይታያል እና ሰንፔር ይባላል። በክሪ አየኖች ከተተካ፣ ቀይ ሆኖ ይታያል እና ሩቢ ይባላል። ሆኖም፣ የኢንዱስትሪ ሰንፔር ንጹህ α-Al₂O₃ ነው፣ ቀለም የሌለው እና ግልጽ፣ ምንም ቆሻሻ የለውም።

የኢንዱስትሪ ሰንፔር በተለምዶ ከ400-700 μm ውፍረት እና ከ4-8 ኢንች ዲያሜትር ያላቸው ዋፈርስ መልክ ይይዛል። እነዚህ ዋፈርስ በመባል የሚታወቁ ሲሆን ከክሪስታል ኢንጎትስ የተቆረጡ ናቸው። ከዚህ በታች የሚታየው ከአንድ ክሪስታል ምድጃ የተወጣ አዲስ የተጎተተ ኢንጎት ነው፣ ገና ያልተወለወለ ወይም ያልተቆረጠ።

እ.ኤ.አ. በ2018፣ በውስጠኛው ሞንጎሊያ የሚገኘው የጂንግሁይ ኤሌክትሮኒክ ኩባንያ በዓለም ላይ ትልቁን 450 ኪ.ግ እጅግ በጣም ትልቅ መጠን ያለው የሳፋየር ክሪስታል በተሳካ ሁኔታ አሳድጓል። ከዚህ በፊት በዓለም ላይ ትልቁ የሳፋየር ክሪስታል በሩሲያ የተመረተ 350 ኪ.ግ ክሪስታል ነበር። በምስሉ ላይ እንደሚታየው ይህ ክሪስታል መደበኛ ቅርፅ አለው፣ ሙሉ በሙሉ ግልጽ፣ ምንም ስንጥቅ እና የእህል ወሰኖች የሌሉበት እና ጥቂት አረፋዎች አሉት።

2. ነጠላ-ክሪስታል ሲሊከን
በአሁኑ ጊዜ፣ ለተቀናጁ የወረዳ ቺፖች ጥቅም ላይ የሚውለው ነጠላ-ክሪስታል ሲሊከን ከ99.9999999% እስከ 99.999999999% (9–11 ዘጠኝ) ንፁህነት አለው፣ እና 420 ኪ.ግ የሲሊከን ኢንጎት የአልማዝ መሰል ፍጹም መዋቅር ሊኖረው ይገባል። በተፈጥሮ ውስጥ፣ አንድ-ካራት (200 ሚ.ግ) አልማዝ እንኳን በአንጻራዊነት ብርቅ ነው።

የነጠላ ክሪስታል ሲሊከን ኢንጎትስ ዓለም አቀፍ ምርት በአምስት ዋና ዋና ኩባንያዎች ቁጥጥር ስር ነው፡ የጃፓን ሺን-ኤትሱ (28.0%)፣ የጃፓን SUMCO (21.9%)፣ የታይዋን ግሎባልዋፈርስ (15.1%)፣ የደቡብ ኮሪያ SK ሲልትሮን (11.6%) እና የጀርመን ሲልትሮኒክ (11.3%)። በቻይና ዋና መሬት ላይ ትልቁ የሴሚኮንዳክተር ዋፈር አምራች የሆነው NSIG እንኳን የገበያ ድርሻውን 2.3% ብቻ ይይዛል። ያም ሆኖ፣ እንደ አዲስ መጤ፣ እምቅ አቅሙ ዝቅ ተደርጎ መታየት የለበትም። በ2024፣ NSIG ለተቀናጁ ወረዳዎች 300 ሚሜ የሲሊኮን ዋፈር ምርትን ለማሻሻል በፕሮጀክት ላይ ኢንቨስት ለማድረግ አቅዷል፣ ይህም አጠቃላይ ኢንቨስትመንት ¥13.2 ቢሊዮን ነው።

ለቺፖች ጥሬ እቃ እንደመሆኑ መጠን ከፍተኛ ንፅህና ያላቸው ነጠላ ክሪስታል ሲሊከን ኢንጎትዎች ከ6 ኢንች እስከ 12 ኢንች ዲያሜትሮች እየተሻሻሉ ነው። እንደ TSMC እና GlobalFoundries ያሉ ግንባር ቀደም ዓለም አቀፍ የቺፕ ፋውንዴሽኖች በገበያው ውስጥ ካሉት 12 ኢንች ሲሊከን ዋፈሮች ቺፖችን እያመረቱ ሲሆን 8 ኢንች ዋፈሮች ቀስ በቀስ እየተወገዱ ነው። የሀገር ውስጥ መሪ SMIC አሁንም በዋናነት 6 ኢንች ዋፈሮችን ይጠቀማል። በአሁኑ ጊዜ የጃፓን SUMCO ብቻ ከፍተኛ ንፅህና ያላቸውን 12 ኢንች ዋፈር ንጣፎችን ማምረት ይችላል።

3. ጋሊየም አርሴናይድ
የጋሊየም አርሴናይድ (GaAs) ዋፈርዎች አስፈላጊ የሴሚኮንዳክተር ቁሳቁስ ሲሆኑ መጠናቸውም በዝግጅት ሂደት ውስጥ ወሳኝ መለኪያ ነው።

በአሁኑ ጊዜ የGaAs ዋፈርዎች በተለምዶ የሚመረቱት በ2 ኢንች፣ በ3 ኢንች፣ በ4 ኢንች፣ በ6 ኢንች፣ በ8 ኢንች እና በ12 ኢንች መጠኖች ነው። ከእነዚህም መካከል የ6 ኢንች ዋፈርዎች በስፋት ጥቅም ላይ ከሚውሉት ዝርዝር መግለጫዎች አንዱ ናቸው።

በአግድም ብሪጅማን (HB) ዘዴ የሚበቅሉት ነጠላ ክሪስታሎች ከፍተኛው ዲያሜትር በአጠቃላይ 3 ኢንች ሲሆን፣ ፈሳሽ-ኢንካፕሱድ ቾክራልስኪ (LEC) ዘዴ ደግሞ እስከ 12 ኢንች ዲያሜትር ያላቸው ነጠላ ክሪስታሎችን ማምረት ይችላል። ሆኖም፣ የLEC እድገት ከፍተኛ የመሳሪያ ወጪዎችን የሚጠይቅ ሲሆን ወጥነት የሌለው እና ከፍተኛ የመፈናቀል ጥግግት ያላቸው ክሪስታሎችን ያስገኛል። የVGF እና የVertical Bridgman (VB) ዘዴዎች በአሁኑ ጊዜ እስከ 8 ኢንች ዲያሜትር ያላቸው ነጠላ ክሪስታሎችን ማምረት ይችላሉ፣ በአንጻራዊነት ተመሳሳይ መዋቅር እና ዝቅተኛ የመፈናቀል ጥግግት አላቸው።

የ4 ኢንች እና የ6 ኢንች ከፊል-ኢንሱሌሽን ጋአስ የተወለወሉ ዋፈርዎች የማምረት ቴክኖሎጂ በዋናነት በሦስት ኩባንያዎች የተዋቀረ ነው፡ የጃፓን ሱሚቶሞ ኤሌክትሪክ ኢንዱስትሪዎች፣ የጀርመን ፍራይበርገር ኮምፖንድ ቁሳቁሶች እና የአሜሪካ ኤክስቲ። እ.ኤ.አ. በ2015፣ የ6 ኢንች ንጣፎች ከ90% በላይ የገበያ ድርሻን ይሸፍናሉ።

በ2019፣ ዓለም አቀፉ የGaAs ንጣፎች ገበያ በፍሬበርገር፣ ሱሚቶሞ እና ቤጂንግ ቶንግሜይ ቁጥጥር ስር የነበረ ሲሆን የገበያ ድርሻዎቹ በቅደም ተከተል 28%፣ 21% እና 13% ነበሩ። በዮል አማካሪ ድርጅት ግምቶች መሠረት፣ የGaAs ንጣፎች ዓለም አቀፍ ሽያጭ (ወደ 2 ኢንች ተመጣጣኝነት የተቀየሩ) በ2019 ወደ 20 ሚሊዮን ቁርጥራጮች ደርሷል እና በ2025 ከ35 ሚሊዮን ቁርጥራጮች በላይ እንደሚሆኑ ተገምቷል። ዓለም አቀፉ የGaAs ንጣፎች ገበያ በ2019 ወደ 200 ሚሊዮን ዶላር ተገምቷል እና በ2025 ከ2019 እስከ 2025 ድረስ 9.67% ዓመታዊ የእድገት መጠን (CAGR) 348 ሚሊዮን ዶላር እንደሚደርስ ይጠበቃል።

4. ሲሊከን ካርቦይድ ነጠላ ክሪስታል
በአሁኑ ጊዜ ገበያው የ2 ኢንች እና የ3 ኢንች ዲያሜትር ያላቸው የሲሊኮን ካርቦይድ (SiC) ነጠላ ክሪስታሎች እድገትን ሙሉ በሙሉ ሊደግፍ ይችላል። ብዙ ኩባንያዎች የ4 ኢንች 4H አይነት SiC ነጠላ ክሪስታሎች ስኬታማ እድገት ሪፖርት አድርገዋል፣ ይህም ቻይና በSiC ክሪስታል እድገት ቴክኖሎጂ የዓለም ደረጃ ደረጃዎችን እንዳስመዘገበች ያሳያል። ሆኖም፣ ከንግድ ሥራው በፊት አሁንም ጉልህ የሆነ ክፍተት አለ።

በአጠቃላይ፣ በፈሳሽ ደረጃ ዘዴዎች የሚበቅሉ የSiC ኢንጎትዎች በአንጻራዊ ሁኔታ ትንሽ ሲሆኑ ውፍረታቸው በሴንቲሜትር ደረጃ ነው። ይህ ደግሞ የSiC ዋፈርዎች ከፍተኛ ዋጋ ምክንያት ነው።

XKH ሰንፔር፣ ሲሊኮን ካርቦይድ (SiC)፣ ሲሊኮን ዋፈርስ እና ሴራሚክስን ጨምሮ በዋና ሴሚኮንዳክተር ቁሶች ላይ በምርምር እና ዲዛይን እና በተበጀ ሂደት ላይ የተካነ ሲሆን ይህም ከክሪስታል እድገት እስከ ትክክለኛ ማሽነሪ ድረስ ያለውን ሙሉ የእሴት ሰንሰለት ይሸፍናል። የተቀናጀ የኢንዱስትሪ አቅምን በመጠቀም፣ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸው የሳፋየር ዋፈርስ፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፎች እና እጅግ በጣም ከፍተኛ ንፁህ የሲሊኮን ዋፈርስ እናቀርባለን፣ ይህም በሌዘር ስርዓቶች፣ በሴሚኮንዳክተር ማኑፋክቸሪንግ እና በታዳሽ የኃይል አፕሊኬሽኖች ውስጥ ከፍተኛ የአካባቢ ፍላጎቶችን ለማሟላት እንደ ብጁ መቁረጥ፣ የገጽታ ሽፋን እና ውስብስብ የጂኦሜትሪ ማኑፋክቸሪንግ ባሉ በተበጁ መፍትሄዎች የተደገፉ ናቸው።

ምርቶቻችን ከጥራት ደረጃዎች ጋር በሚጣጣም መልኩ የማይክሮን-ደረጃ ትክክለኛነት፣ ከ1500°ሴ የሙቀት መረጋጋት እና የላቀ የዝገት መቋቋም ችሎታ ያላቸው ሲሆን ይህም በአስቸጋሪ የአሠራር ሁኔታዎች ውስጥ አስተማማኝነትን ያረጋግጣል። በተጨማሪም፣ የኳርትዝ ንጣፎችን፣ የብረት/የብረት ያልሆኑ ቁሳቁሶችን እና ሌሎች ሴሚኮንዳክተር-ደረጃ ክፍሎችን እናቀርባለን፣ ይህም በኢንዱስትሪዎች ውስጥ ላሉ ደንበኞች ከፕሮቶታይፕ ወደ ብዙ ምርት ያለችግር ሽግግር እንዲኖር ያስችላል።