Kristal bakarrekoak arraroak dira naturan, eta agertzen direnean ere, oso txikiak izan ohi dira —milimetro (mm) eskalan— eta zailak lortzen. Jakinarazi diren diamante, esmeralda, agatak eta abarrek, oro har, ez dute merkatuan zirkulazioan sartzen, are gutxiago aplikazio industrialetan; gehienak museoetan erakusten dira. Hala ere, kristal bakarreko batzuek balio industrial handia dute, hala nola zirkuitu integratuen industrian dagoen silizio monokristala, lente optikoetan erabili ohi den zafiroa eta hirugarren belaunaldiko erdieroaleetan indarra hartzen ari den silizio karburoa. Kristal bakarreko hauek industrialki ekoizteko gaitasunak ez du soilik industria eta zientzia teknologian indarra adierazten, baita aberastasunaren sinboloa ere. Industrian kristal bakarreko ekoizpenerako baldintza nagusia tamaina handia da, kostuak modu eraginkorragoan murrizteko funtsezkoa baita. Jarraian, merkatuan ohikoak diren kristal bakarreko batzuk daude:
1. Zafiro kristal bakarra
Zafiro kristal bakarrekoak α-Al₂O₃-ri egiten dio erreferentzia, kristal sistema hexagonala, 9ko Mohs gogortasuna eta propietate kimiko egonkorrak dituena. Ez da disolbagarria likido korrosibo azido edo alkalinoetan, tenperatura altuekiko erresistentea da, eta argiaren transmisio, eroankortasun termiko eta isolamendu elektriko bikainak ditu.
Kristaleko Al ioiak Ti eta Fe ioiek ordezkatzen badituzte, kristala urdina agertzen da eta zafiro deitzen zaio. Cr ioiek ordezkatzen badute, gorria agertzen da eta errubi deitzen zaio. Hala ere, zafiro industriala α-Al₂O₃ purua da, koloregabea eta gardena, ezpurutasunik gabea.
Zafiro industriala normalean obleak bezala agertzen da, 400-700 μm-ko lodiera eta 4-8 hazbeteko diametroa dutenak. Hauek obleak bezala ezagutzen dira eta kristal lingoteetatik mozten dira. Jarraian, kristal bakarreko labe batetik atera berri den lingote bat ageri da, oraindik leundu edo moztu gabe.
2018an, Barne Mongoliako Jinghui Electronic Company enpresak munduko 450 kg-ko zafiro kristal ultra-handi handiena hazi zuen arrakastaz. Mundu osoan izandako aurreko zafiro kristal handiena Errusian ekoitzitako 350 kg-ko kristala zen. Irudian ikusten den bezala, kristal honek forma erregularra du, guztiz gardena da, pitzadurarik eta ale-mugarik gabea, eta burbuila gutxi ditu.
2. Kristal bakarreko silizioa
Gaur egun, zirkuitu integratuetako txipetarako erabiltzen den silizio monokristalak % 99,9999999tik % 99,999999999ra bitarteko purutasuna du (9–11 bederatzi), eta 420 kg-ko silizio lingote batek diamante baten antzeko egitura perfektua mantendu behar du. Naturan, kilate bakarreko (200 mg) diamante bat ere nahiko arraroa da.
Kristal bakarreko siliziozko lingoteen munduko ekoizpena bost enpresa nagusik menderatzen dute: Japoniako Shin-Etsu (% 28,0), Japoniako SUMCO (% 21,9), Taiwaneko GlobalWafers (% 15,1), Hego Koreako SK Siltron (% 11,6) eta Alemaniako Siltronic (% 11,3). Txinako erdieroaleen oblea fabrikatzaile handienak ere, NSIGek, merkatu-kuotaren % 2,3 inguru baino ez du. Hala ere, etorri berria denez, bere potentziala ez da gutxietsi behar. 2024an, NSIGek zirkuitu integratuetarako 300 mm-ko siliziozko oblea ekoizpena hobetzeko proiektu batean inbertitzeko asmoa du, guztira 13.200 milioi yeneko inbertsioarekin.
Txipetarako lehengai gisa, kristal bakarreko silizio lingote puruak 6 hazbeteko diametrotik 12 hazbeteko diametrora eboluzionatzen ari dira. Nazioarteko txip-galdaketa nagusiek, hala nola TSMC eta GlobalFoundries, 12 hazbeteko siliziozko obleak dituzten txipak merkatuan nagusitzen ari dira, eta 8 hazbeteko obleak pixkanaka kentzen ari dira. SMIC lider nazionalak oraindik ere 6 hazbeteko obleak erabiltzen ditu batez ere. Gaur egun, Japoniako SUMCOk bakarrik ekoiztu ditzake 12 hazbeteko oblea substratu puruak.
3. Galio arseniuroa
Galio arseniurozko (GaAs) obleak erdieroale material garrantzitsua dira, eta haien tamaina prestaketa prozesuan parametro kritikoa da.
Gaur egun, GaAs obleak normalean 2 hazbeteko, 3 hazbeteko, 4 hazbeteko, 6 hazbeteko, 8 hazbeteko eta 12 hazbeteko tamainetan ekoizten dira. Horien artean, 6 hazbeteko obleak dira gehien erabiltzen diren espezifikazioetako bat.
Horizontal Bridgman (HB) metodoaren bidez hazitako kristal bakarreko diametro maximoa, oro har, 3 hazbetekoa da, eta Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) metodoak, berriz, 12 hazbeteko diametroko kristal bakarrekoak sor ditzake. Hala ere, LEC hazkuntzak ekipamendu-kostu handiak behar ditu eta uniformetasun eza eta dislokazio-dentsitate handiko kristalak sortzen ditu. Vertical Gradient Freeze (VGF) eta Vertical Bridgman (VB) metodoek gaur egun 8 hazbeteko diametroko kristal bakarrekoak sor ditzakete, egitura nahiko uniformearekin eta dislokazio-dentsitate txikiagoarekin.
4 eta 6 hazbeteko GaAs erdi-isolatzailezko oblea leunduen ekoizpen-teknologia hiru enpresak menderatzen dute batez ere: Japoniako Sumitomo Electric Industries, Alemaniako Freiberger Compound Materials eta AEBetako AXT. 2015erako, 6 hazbeteko substratuek merkatu-kuotaren % 90 baino gehiago hartzen zuten jada.
2019an, GaAs substratuen merkatu globala Freiberger, Sumitomo eta Beijing Tongmei enpresek menderatu zuten, % 28, % 21 eta % 13ko merkatu-kuotekin, hurrenez hurren. Yole aholkularitza-enpresaren kalkuluen arabera, GaAs substratuen salmenta globalak (2 hazbeteko baliokideetara bihurtuta) 20 milioi pieza ingurura iritsi ziren 2019an, eta 35 milioi pieza baino gehiago izatea aurreikusten da 2025erako. GaAs substratuen merkatu globala 200 milioi dolar ingurukoa zen 2019an, eta 348 milioi dolarretara iristea espero da 2025erako, urteko hazkunde-tasa konposatuarekin (CAGR) % 9,67koa izanik 2019tik 2025era.
4. Silizio karburo kristal bakarrekoa
Gaur egun, merkatuak 2 hazbeteko eta 3 hazbeteko diametroko silizio karburozko (SiC) kristal bakarreko hazkundea guztiz onartzen du. Enpresa askok 4 hazbeteko 4H motako SiC kristal bakarreko hazkunde arrakastatsua jakinarazi dute, Txinak SiC kristalen hazkuntza teknologian mundu mailako maila lortu duelarik. Hala ere, oraindik hutsune handia dago merkaturatu aurretik.
Oro har, fase likidoan hazitako SiC lingoteak nahiko txikiak dira, zentimetroko lodierekin. Hori da, halaber, SiC obleak garestiak izatearen arrazoia.
XKHk erdieroaleen material nagusien I+G eta prozesamendu pertsonalizatuan espezializatuta dago, besteak beste, zafiroa, silizio karburoa (SiC), siliziozko obleak eta zeramika, kristalen hazkuntzatik zehaztasun-mekanizaziora arteko balio-kate osoa hartuz. Industria-gaitasun integratuak aprobetxatuz, errendimendu handiko zafiro obleak, silizio karburo substratuak eta siliziozko obleak ultra-puru eskaintzen ditugu, neurrira egindako irtenbideekin lagunduta, hala nola ebaketa pertsonalizatua, gainazaleko estaldura eta geometria konplexuko fabrikazioa, laser sistemetan, erdieroaleen fabrikazioan eta energia berriztagarrien aplikazioetan muturreko ingurumen-eskaerak asetzeko.
Kalitate estandarrei jarraituz, gure produktuek mikra mailako zehaztasuna, >1500 °C-ko egonkortasun termikoa eta korrosioarekiko erresistentzia bikaina dituzte, funtzionamendu-baldintza gogorretan fidagarritasuna bermatuz. Horrez gain, kuartzozko substratuak, metalezko/ez-metaliko materialak eta beste erdieroale-mailako osagaiak hornitzen ditugu, prototipoetatik masa-ekoizpenerako trantsizio ezin hobea ahalbidetuz industria guztietako bezeroentzat.
Argitaratze data: 2025eko abuztuak 29