ผลึกเดี่ยวที่ปลูกสดใหม่

ผลึกเดี่ยวเป็นผลึกที่หาได้ยากในธรรมชาติ และถึงแม้จะมีอยู่จริง ก็มักจะมีขนาดเล็กมาก — โดยทั่วไปจะอยู่ที่ระดับมิลลิเมตร (mm) — และหาได้ยาก โดยทั่วไปแล้ว เพชร มรกต อะเกต ฯลฯ ที่มีรายงานว่ามักไม่เข้าสู่ตลาด ไม่ต้องพูดถึงการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่จะถูกจัดแสดงในพิพิธภัณฑ์เพื่อจัดแสดง อย่างไรก็ตาม ผลึกเดี่ยวบางชนิดมีมูลค่าทางอุตสาหกรรมที่สำคัญ เช่น ซิลิคอนผลึกเดี่ยวในอุตสาหกรรมวงจรรวม แซฟไฟร์ที่นิยมใช้ในเลนส์สายตา และซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งกำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม ความสามารถในการผลิตผลึกเดี่ยวเหล่านี้จำนวนมากในเชิงอุตสาหกรรมไม่เพียงแต่แสดงถึงความแข็งแกร่งในด้านเทคโนโลยีอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังเป็นสัญลักษณ์ของความมั่งคั่งอีกด้วย ความต้องการหลักสำหรับการผลิตผลึกเดี่ยวในอุตสาหกรรมคือขนาดใหญ่ เนื่องจากเป็นกุญแจสำคัญในการลดต้นทุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้านล่างนี้คือผลึกเดี่ยวบางชนิดที่พบเห็นได้ทั่วไปในท้องตลาด:

1. คริสตัลแซฟไฟร์เดี่ยว
แซฟไฟร์ผลึกเดี่ยว หมายถึง α-Al₂O₃ ซึ่งมีระบบผลึกหกเหลี่ยม ความแข็งโมห์ส 9 และคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร ไม่ละลายในของเหลวกัดกร่อนที่เป็นกรดหรือด่าง ทนทานต่ออุณหภูมิสูง ส่องผ่านแสงได้ดี การนำความร้อนดีเยี่ยม และเป็นฉนวนไฟฟ้าได้ดี

หากไอออนของ Al ในผลึกถูกแทนที่ด้วยไอออนของ Ti และ Fe ผลึกจะปรากฏเป็นสีน้ำเงินและเรียกว่าแซฟไฟร์ หากถูกแทนที่ด้วยไอออนของ Cr ผลึกจะปรากฏเป็นสีแดงและเรียกว่าทับทิม อย่างไรก็ตาม แซฟไฟร์อุตสาหกรรมเป็น α-Al₂O₃ บริสุทธิ์ ไม่มีสีและโปร่งใส ปราศจากสิ่งเจือปน

แซฟไฟร์อุตสาหกรรมโดยทั่วไปมีลักษณะเป็นแผ่นเวเฟอร์ หนา 400–700 ไมโครเมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4–8 นิ้ว แผ่นเวเฟอร์เหล่านี้เรียกว่าแผ่นเวเฟอร์ และตัดมาจากแท่งคริสตัล ภาพด้านล่างแสดงแท่งที่เพิ่งดึงออกมาจากเตาหลอมผลึกเดี่ยว ซึ่งยังไม่ได้ขัดหรือตัด

ในปี พ.ศ. 2561 บริษัท Jinghui Electronic ในมองโกเลียในประสบความสำเร็จในการผลิตคริสตัลแซฟไฟร์ขนาดใหญ่พิเศษ หนัก 450 กิโลกรัม ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ก่อนหน้านี้คริสตัลแซฟไฟร์ขนาดใหญ่ที่สุดที่เคยผลิตในรัสเซียคือคริสตัลหนัก 350 กิโลกรัม ดังจะเห็นได้จากภาพ คริสตัลนี้มีรูปร่างที่สม่ำเสมอ โปร่งใส ปราศจากรอยแตกและขอบเกรน และมีฟองอากาศน้อยมาก

2. ซิลิคอนผลึกเดี่ยว
ปัจจุบัน ซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่ใช้ทำชิปวงจรรวมมีความบริสุทธิ์ 99.9999999% ถึง 99.99999999% (9–11 ไนน์) และแท่งซิลิคอนหนัก 420 กิโลกรัมต้องคงโครงสร้างที่สมบูรณ์แบบเหมือนเพชร ในธรรมชาติ แม้แต่เพชรน้ำหนักหนึ่งกะรัต (200 มิลลิกรัม) ก็ยังหายาก

การผลิตแท่งซิลิคอนผลึกเดี่ยวทั่วโลกถูกครอบงำโดยบริษัทใหญ่ 5 แห่ง ได้แก่ Shin-Etsu ของญี่ปุ่น (28.0%), SUMCO ของญี่ปุ่น (21.9%), GlobalWafers ของไต้หวัน (15.1%), SK Siltron ของเกาหลีใต้ (11.6%) และ Siltronic ของเยอรมนี (11.3%) แม้แต่ NSIG ซึ่งเป็นผู้ผลิตเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์รายใหญ่ที่สุดในจีนแผ่นดินใหญ่ ก็มีส่วนแบ่งตลาดเพียงประมาณ 2.3% อย่างไรก็ตาม ในฐานะผู้มาใหม่ ศักยภาพของบริษัทไม่ควรถูกประเมินต่ำเกินไป ในปี 2567 NSIG วางแผนที่จะลงทุนในโครงการยกระดับการผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนขนาด 300 มม. สำหรับวงจรรวม โดยมีมูลค่าการลงทุนรวมประมาณ 13.2 พันล้านเยน

ในฐานะวัตถุดิบสำหรับชิป แท่งซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่มีความบริสุทธิ์สูงกำลังพัฒนาจากเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 นิ้วเป็น 12 นิ้ว โรงหล่อชิปชั้นนำระดับโลก เช่น TSMC และ GlobalFoundries กำลังผลิตชิปจากเวเฟอร์ซิลิคอนขนาด 12 นิ้วให้กลายเป็นตลาดหลัก ขณะที่เวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วกำลังทยอยเลิกผลิต SMIC ซึ่งเป็นผู้นำในประเทศยังคงใช้เวเฟอร์ขนาด 6 นิ้วเป็นหลัก ปัจจุบัน มีเพียง SUMCO ของญี่ปุ่นเท่านั้นที่สามารถผลิตแผ่นเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วที่มีความบริสุทธิ์สูงได้

3. แกลเลียมอาร์เซไนด์
เวเฟอร์แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญ และขนาดของเวเฟอร์ถือเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในกระบวนการเตรียมการ

ปัจจุบัน แผ่นเวเฟอร์ GaAs มักผลิตในขนาด 2 นิ้ว, 3 นิ้ว, 4 นิ้ว, 6 นิ้ว, 8 นิ้ว และ 12 นิ้ว โดยแผ่นเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้วเป็นหนึ่งในแผ่นเวเฟอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

โดยทั่วไปแล้ว เส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของผลึกเดี่ยวที่ปลูกโดยวิธี Horizontal Bridgman (HB) คือ 3 นิ้ว ในขณะที่วิธี Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) สามารถผลิตผลึกเดี่ยวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 12 นิ้ว อย่างไรก็ตาม การปลูก LEC ต้องใช้ต้นทุนอุปกรณ์สูง และให้ผลึกที่มีความไม่สม่ำเสมอและความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวสูง ปัจจุบัน วิธี Vertical Gradient Freeze (VGF) และ Vertical Bridgman (VB) สามารถผลิตผลึกเดี่ยวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 8 นิ้ว โดยมีโครงสร้างที่ค่อนข้างสม่ำเสมอและความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวต่ำกว่า

เทคโนโลยีการผลิตแผ่นเวเฟอร์ GaAs ขัดเงาแบบกึ่งฉนวนขนาด 4 นิ้ว และ 6 นิ้ว ดำเนินการโดยบริษัทสามแห่งเป็นหลัก ได้แก่ บริษัท ซูมิโตโม อิเล็กทริก อินดัสทรีส์ ของญี่ปุ่น บริษัท ไฟรเบอร์เกอร์ คอมพาวนด์ แมททีเรียลส์ ของเยอรมนี และบริษัท AXT ของสหรัฐอเมริกา ภายในปี 2558 แผ่นเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้วมีส่วนแบ่งตลาดมากกว่า 90% แล้ว

ในปี 2562 ตลาดวัสดุรองรับ GaAs ทั่วโลกถูกครอบงำโดย Freiberger, Sumitomo และ Beijing Tongmei โดยมีส่วนแบ่งตลาดอยู่ที่ 28%, 21% และ 13% ตามลำดับ จากการประมาณการของบริษัทที่ปรึกษา Yole ยอดขายวัสดุรองรับ GaAs ทั่วโลก (เมื่อแปลงเป็นขนาดเทียบเท่า 2 นิ้ว) อยู่ที่ประมาณ 20 ล้านชิ้นในปี 2562 และคาดว่าจะสูงกว่า 35 ล้านชิ้นภายในปี 2568 ตลาดวัสดุรองรับ GaAs ทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ 200 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2562 และคาดว่าจะสูงถึง 348 ล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2568 โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีแบบทบต้น (CAGR) ที่ 9.67% ตั้งแต่ปี 2562 ถึง 2568

4. ซิลิกอนคาร์ไบด์ผลึกเดี่ยว
ปัจจุบัน ตลาดสามารถรองรับการเติบโตของผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นิ้ว และ 3 นิ้ว ได้อย่างเต็มที่ หลายบริษัทรายงานว่าประสบความสำเร็จในการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ชนิด 4H ขนาด 4 นิ้ว ซึ่งถือเป็นความสำเร็จระดับโลกของจีนในด้านเทคโนโลยีการเติบโตของผลึก SiC อย่างไรก็ตาม ยังคงมีช่องว่างสำคัญก่อนการวางจำหน่ายเชิงพาณิชย์

โดยทั่วไป แท่ง SiC ที่ปลูกด้วยวิธีเฟสของเหลวจะมีขนาดค่อนข้างเล็ก โดยมีความหนาในระดับเซนติเมตร ซึ่งเป็นอีกเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เวเฟอร์ SiC มีต้นทุนสูง

XKH เชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนา (R&D) และการประมวลผลวัสดุเซมิคอนดักเตอร์หลักตามความต้องการเฉพาะ ซึ่งรวมถึงแซฟไฟร์ ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ซิลิคอนเวเฟอร์ และเซรามิกส์ ครอบคลุมห่วงโซ่คุณค่าทั้งหมด ตั้งแต่การผลิตผลึกไปจนถึงการกลึงที่แม่นยำ ด้วยศักยภาพทางอุตสาหกรรมที่ผสานรวม เรานำเสนอแซฟไฟร์เวเฟอร์ประสิทธิภาพสูง ซิลิคอนคาร์ไบด์ซับสเตรต และซิลิคอนเวเฟอร์ความบริสุทธิ์สูงพิเศษ พร้อมด้วยโซลูชันเฉพาะทาง เช่น การตัดตามแบบ การเคลือบพื้นผิว และการผลิตรูปทรงที่ซับซ้อน เพื่อตอบสนองความต้องการด้านสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงในระบบเลเซอร์ การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และการใช้งานด้านพลังงานหมุนเวียน

ด้วยมาตรฐานคุณภาพ ผลิตภัณฑ์ของเราจึงมีความแม่นยำระดับไมครอน ทนความร้อนได้มากกว่า 1500°C และทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม จึงมั่นใจได้ในความน่าเชื่อถือแม้ในสภาวะการทำงานที่รุนแรง นอกจากนี้ เรายังจำหน่ายแผ่นควอตซ์ วัสดุโลหะ/อโลหะ และส่วนประกอบอื่นๆ เกรดเซมิคอนดักเตอร์ ช่วยให้ลูกค้าสามารถเปลี่ยนผ่านจากการสร้างต้นแบบไปสู่การผลิตจำนวนมากได้อย่างราบรื่นในทุกอุตสาหกรรม