Kristal tunggal jarang ditemui, dan walaupun ia wujud, ia biasanya sangat kecil—biasanya pada skala milimeter (mm)—dan sukar diperoleh. Berlian, zamrud, akik, dan sebagainya yang dilaporkan, secara amnya tidak memasuki edaran pasaran, apatah lagi aplikasi perindustrian; kebanyakannya dipamerkan di muzium untuk pameran. Walau bagaimanapun, sesetengah kristal tunggal mempunyai nilai perindustrian yang ketara, seperti silikon kristal tunggal dalam industri litar bersepadu, nilam yang biasa digunakan dalam kanta optik, dan silikon karbida, yang semakin mendapat momentum dalam semikonduktor generasi ketiga. Keupayaan untuk menghasilkan kristal tunggal ini secara besar-besaran secara perindustrian bukan sahaja mewakili kekuatan dalam teknologi perindustrian dan saintifik tetapi juga merupakan simbol kekayaan. Keperluan utama untuk pengeluaran kristal tunggal dalam industri adalah saiz yang besar, kerana ini adalah kunci untuk mengurangkan kos dengan lebih berkesan. Berikut adalah beberapa kristal tunggal yang biasa ditemui di pasaran:
1. Kristal Tunggal Nilam
Kristal tunggal nilam merujuk kepada α-Al₂O₃, yang mempunyai sistem kristal heksagon, kekerasan Mohs 9, dan sifat kimia yang stabil. Ia tidak larut dalam cecair menghakis berasid atau alkali, tahan terhadap suhu tinggi, dan mempamerkan penghantaran cahaya, kekonduksian terma, dan penebat elektrik yang sangat baik.
Jika ion Al dalam kristal digantikan dengan ion Ti dan Fe, kristal tersebut kelihatan biru dan dipanggil nilam. Jika digantikan dengan ion Cr, ia kelihatan merah dan dipanggil delima. Walau bagaimanapun, nilam perindustrian adalah α-Al₂O₃ tulen, tidak berwarna dan lutsinar, tanpa bendasing.
Nilam perindustrian biasanya berbentuk wafer, setebal 400–700 μm dan berdiameter 4–8 inci. Ini dikenali sebagai wafer dan dipotong daripada jongkong kristal. Di bawah ditunjukkan jongkong yang baru ditarik daripada relau kristal tunggal, belum digilap atau dipotong.
Pada tahun 2018, Syarikat Elektronik Jinghui di Mongolia Dalam berjaya mengembangkan kristal nilam bersaiz ultra besar 450 kg terbesar di dunia. Kristal nilam terbesar sebelumnya di dunia ialah kristal 350 kg yang dihasilkan di Rusia. Seperti yang dilihat dalam imej, kristal ini mempunyai bentuk yang sekata, lutsinar sepenuhnya, bebas daripada retakan dan sempadan butiran, dan mempunyai sedikit gelembung.
2. Silikon Kristal Tunggal
Pada masa ini, silikon kristal tunggal yang digunakan untuk cip litar bersepadu mempunyai ketulenan 99.9999999% hingga 99.999999999% (9–11 sembilan), dan jongkong silikon 420 kg mesti mengekalkan struktur sempurna seperti berlian. Secara semula jadi, berlian satu karat (200 mg) pun agak jarang ditemui.
Pengeluaran jongkong silikon kristal tunggal global didominasi oleh lima syarikat utama: Shin-Etsu Jepun (28.0%), SUMCO Jepun (21.9%), GlobalWafers Taiwan (15.1%), SK Siltron Korea Selatan (11.6%), dan Siltronic Jerman (11.3%). Malah pengeluar wafer semikonduktor terbesar di tanah besar China, NSIG, hanya memegang kira-kira 2.3% daripada bahagian pasaran. Walau bagaimanapun, sebagai pendatang baru, potensinya tidak boleh dipandang rendah. Pada tahun 2024, NSIG merancang untuk melabur dalam projek menaik taraf pengeluaran wafer silikon 300 mm untuk litar bersepadu, dengan anggaran jumlah pelaburan sebanyak ¥13.2 bilion.
Sebagai bahan mentah untuk cip, jongkong silikon kristal tunggal berketulenan tinggi sedang berkembang daripada diameter 6 inci kepada 12 inci. Syarikat pengecoran cip antarabangsa terkemuka, seperti TSMC dan GlobalFoundries, sedang menjadikan cip daripada wafer silikon 12 inci sebagai arus perdana pasaran, manakala wafer 8 inci secara beransur-ansur dihentikan secara berperingkat. Peneraju domestik SMIC masih menggunakan wafer 6 inci terutamanya. Pada masa ini, hanya SUMCO Jepun yang boleh menghasilkan substrat wafer 12 inci berketulenan tinggi.
3. Galium Arsenida
Wafer galium arsenida (GaAs) merupakan bahan semikonduktor yang penting, dan saiznya merupakan parameter kritikal dalam proses penyediaan.
Pada masa ini, wafer GaAs biasanya dihasilkan dalam saiz 2 inci, 3 inci, 4 inci, 6 inci, 8 inci dan 12 inci. Antaranya, wafer 6 inci adalah salah satu spesifikasi yang paling banyak digunakan.
Diameter maksimum hablur tunggal yang ditumbuhkan melalui kaedah Horizontal Bridgman (HB) secara amnya adalah 3 inci, manakala kaedah Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) boleh menghasilkan hablur tunggal sehingga 12 inci diameter. Walau bagaimanapun, pertumbuhan LEC memerlukan kos peralatan yang tinggi dan menghasilkan hablur yang tidak seragam dan ketumpatan dislokasi yang tinggi. Kaedah Vertical Gradient Freeze (VGF) dan Vertical Bridgman (VB) kini boleh menghasilkan hablur tunggal sehingga 8 inci diameter, dengan struktur yang agak seragam dan ketumpatan dislokasi yang lebih rendah.
Teknologi pengeluaran untuk wafer GaAs separa penebat 4 inci dan 6 inci dikuasai terutamanya oleh tiga syarikat: Sumitomo Electric Industries Jepun, Freiberger Compound Materials Jerman dan AXT AS. Menjelang 2015, substrat 6 inci telah menyumbang lebih 90% daripada bahagian pasaran.
Pada tahun 2019, pasaran substrat GaAs global didominasi oleh Freiberger, Sumitomo dan Beijing Tongmei, dengan bahagian pasaran masing-masing sebanyak 28%, 21% dan 13%. Menurut anggaran oleh firma perunding Yole, jualan global substrat GaAs (ditukar kepada setara 2 inci) mencapai kira-kira 20 juta keping pada tahun 2019 dan diunjurkan melebihi 35 juta keping menjelang 2025. Pasaran substrat GaAs global bernilai sekitar $200 juta pada tahun 2019 dan dijangka mencapai $348 juta menjelang 2025, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun (CAGR) sebanyak 9.67% dari 2019 hingga 2025.
4. Silikon Karbida Kristal Tunggal
Pada masa ini, pasaran dapat menyokong sepenuhnya pertumbuhan kristal tunggal silikon karbida (SiC) berdiameter 2 inci dan 3 inci. Banyak syarikat telah melaporkan pertumbuhan kristal tunggal SiC jenis 4H 4 inci yang berjaya, menandakan pencapaian China dalam teknologi pertumbuhan kristal SiC bertaraf dunia. Walau bagaimanapun, masih terdapat jurang yang ketara sebelum pengkomersialan.
Secara amnya, jongkong SiC yang ditanam melalui kaedah fasa cecair agak kecil, dengan ketebalan pada paras sentimeter. Ini juga merupakan sebab kos wafer SiC yang tinggi.
XKH pakar dalam R&D dan pemprosesan tersuai bahan semikonduktor teras, termasuk nilam, silikon karbida (SiC), wafer silikon dan seramik, merangkumi rantaian nilai penuh daripada pertumbuhan kristal hingga pemesinan jitu. Memanfaatkan keupayaan perindustrian bersepadu, kami menyediakan wafer nilam berprestasi tinggi, substrat silikon karbida dan wafer silikon ketulenan ultra tinggi, disokong oleh penyelesaian tersuai seperti pemotongan tersuai, salutan permukaan dan fabrikasi geometri kompleks untuk memenuhi permintaan alam sekitar yang ekstrem dalam sistem laser, fabrikasi semikonduktor dan aplikasi tenaga boleh diperbaharui.
Mematuhi piawaian kualiti, produk kami menampilkan ketepatan tahap mikron, kestabilan terma >1500°C dan rintangan kakisan yang unggul, memastikan kebolehpercayaan dalam keadaan operasi yang keras. Di samping itu, kami membekalkan substrat kuarza, bahan logam/bukan logam dan komponen gred semikonduktor lain, yang membolehkan peralihan lancar daripada prototaip kepada pengeluaran besar-besaran untuk pelanggan merentasi industri.
Masa siaran: 29 Ogos 2025