Tinh thể đơn rất hiếm trong tự nhiên, và ngay cả khi chúng xuất hiện, chúng thường rất nhỏ - thường ở thang đo milimét (mm) - và khó khai thác. Kim cương, ngọc lục bảo, mã não, v.v. được báo cáo, thường không được đưa vào lưu thông trên thị trường, chứ đừng nói đến các ứng dụng công nghiệp; hầu hết được trưng bày trong các bảo tàng để triển lãm. Tuy nhiên, một số tinh thể đơn có giá trị công nghiệp đáng kể, chẳng hạn như silic tinh thể đơn trong ngành công nghiệp mạch tích hợp, sapphire thường được sử dụng trong thấu kính quang học và silic cacbua, đang phát triển mạnh mẽ trong chất bán dẫn thế hệ thứ ba. Khả năng sản xuất hàng loạt các tinh thể đơn này trong công nghiệp không chỉ thể hiện sức mạnh trong công nghệ khoa học và công nghiệp mà còn là biểu tượng của sự giàu có. Yêu cầu chính đối với sản xuất tinh thể đơn trong ngành là kích thước lớn, vì đây là chìa khóa để giảm chi phí hiệu quả hơn. Dưới đây là một số tinh thể đơn thường gặp trên thị trường:
1. Tinh thể đơn Sapphire
Tinh thể sapphire đơn là tinh thể α-Al₂O₃, có hệ tinh thể lục giác, độ cứng Mohs 9 và tính chất hóa học ổn định. Không tan trong chất lỏng ăn mòn có tính axit hoặc kiềm, chịu được nhiệt độ cao, có khả năng truyền sáng, dẫn nhiệt và cách điện tuyệt vời.
Nếu các ion Al trong tinh thể được thay thế bằng các ion Ti và Fe, tinh thể sẽ có màu xanh lam và được gọi là sapphire. Nếu được thay thế bằng các ion Cr, nó sẽ có màu đỏ và được gọi là ruby. Tuy nhiên, sapphire công nghiệp là α-Al₂O₃ tinh khiết, không màu và trong suốt, không có tạp chất.
Sapphire công nghiệp thường có dạng tấm wafer, dày 400–700 μm và đường kính 4–8 inch. Chúng được gọi là wafer và được cắt từ các thỏi tinh thể. Hình ảnh bên dưới là một thỏi mới lấy ra từ lò nung tinh thể đơn, chưa được đánh bóng hoặc cắt.
Năm 2018, Công ty Điện tử Jinghui ở Nội Mông đã chế tạo thành công tinh thể sapphire siêu lớn nhất thế giới, nặng 450 kg. Tinh thể sapphire lớn nhất thế giới trước đó là tinh thể 350 kg được sản xuất tại Nga. Như hình ảnh cho thấy, tinh thể này có hình dạng đều đặn, hoàn toàn trong suốt, không có vết nứt và ranh giới hạt, và ít bọt khí.
2. Silic đơn tinh thể
Hiện nay, silicon đơn tinh thể dùng cho chip mạch tích hợp có độ tinh khiết từ 99,99999999% đến 99,999999999% (9–11 nines), và một thỏi silicon nặng 420 kg phải duy trì cấu trúc hoàn hảo như kim cương. Trong tự nhiên, ngay cả một viên kim cương một carat (200 mg) cũng tương đối hiếm.
Sản xuất thỏi silicon đơn tinh thể toàn cầu do năm công ty lớn thống trị: Shin-Etsu của Nhật Bản (28,0%), SUMCO của Nhật Bản (21,9%), GlobalWafers của Đài Loan (15,1%), SK Siltron của Hàn Quốc (11,6%) và Siltronic của Đức (11,3%). Ngay cả NSIG, nhà sản xuất wafer bán dẫn lớn nhất Trung Quốc đại lục, cũng chỉ nắm giữ khoảng 2,3% thị phần. Tuy nhiên, là một công ty mới, tiềm năng của họ không nên bị đánh giá thấp. Vào năm 2024, NSIG có kế hoạch đầu tư vào một dự án nâng cấp sản xuất wafer silicon 300 mm cho mạch tích hợp, với tổng vốn đầu tư ước tính là 13,2 tỷ Yên.
Là nguyên liệu thô cho chip, các thỏi silicon đơn tinh thể có độ tinh khiết cao đang phát triển từ đường kính 6 inch lên 12 inch. Các nhà máy đúc chip quốc tế hàng đầu, chẳng hạn như TSMC và GlobalFoundries, đang đưa chip từ wafer silicon 12 inch trở thành sản phẩm chủ đạo trên thị trường, trong khi wafer 8 inch đang dần bị loại bỏ. Công ty dẫn đầu trong nước là SMIC vẫn chủ yếu sử dụng wafer 6 inch. Hiện tại, chỉ có SUMCO của Nhật Bản mới có thể sản xuất đế wafer 12 inch có độ tinh khiết cao.
3. Gali Asenua
Tấm wafer gali arsenide (GaAs) là một vật liệu bán dẫn quan trọng và kích thước của chúng là một thông số quan trọng trong quá trình chế tạo.
Hiện nay, wafer GaAs thường được sản xuất với các kích thước 2 inch, 3 inch, 4 inch, 6 inch, 8 inch và 12 inch. Trong số đó, wafer 6 inch là một trong những thông số kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất.
Đường kính tối đa của các tinh thể đơn được nuôi cấy bằng phương pháp Horizontal Bridgman (HB) thường là 3 inch (7,7 cm), trong khi phương pháp Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) có thể tạo ra các tinh thể đơn có đường kính lên đến 12 inch (30 cm). Tuy nhiên, việc nuôi cấy LEC đòi hỏi chi phí thiết bị cao và tạo ra các tinh thể có độ không đồng nhất và mật độ lệch vị trí cao. Phương pháp Vertical Gradient Freeze (VGF) và Vertical Bridgman (VB) hiện có thể tạo ra các tinh thể đơn có đường kính lên đến 8 inch (20 cm), với cấu trúc tương đối đồng đều và mật độ lệch vị trí thấp hơn.
Công nghệ sản xuất wafer bán cách điện GaAs đánh bóng kích thước 4 inch và 6 inch chủ yếu do ba công ty nắm giữ: Sumitomo Electric Industries của Nhật Bản, Freiberger Compound Materials của Đức và AXT của Hoa Kỳ. Đến năm 2015, các tấm nền 6 inch đã chiếm hơn 90% thị phần.
Năm 2019, thị trường đế GaAs toàn cầu do Freiberger, Sumitomo và Beijing Tongmei thống trị, với thị phần lần lượt là 28%, 21% và 13%. Theo ước tính của công ty tư vấn Yole, doanh số bán đế GaAs toàn cầu (quy đổi sang kích thước tương đương 2 inch) đạt khoảng 20 triệu chiếc vào năm 2019 và dự kiến sẽ vượt quá 35 triệu chiếc vào năm 2025. Thị trường đế GaAs toàn cầu được định giá khoảng 200 triệu đô la vào năm 2019 và dự kiến sẽ đạt 348 triệu đô la vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 9,67% từ năm 2019 đến năm 2025.
4. Tinh thể đơn Silicon Carbide
Hiện tại, thị trường có thể hỗ trợ hoàn toàn cho sự phát triển của tinh thể đơn SiC (SiC) đường kính 2 inch và 3 inch. Nhiều công ty đã báo cáo thành công việc phát triển tinh thể đơn SiC loại 4H kích thước 4 inch, đánh dấu việc Trung Quốc đạt được trình độ công nghệ phát triển tinh thể SiC đẳng cấp thế giới. Tuy nhiên, vẫn còn một khoảng cách đáng kể trước khi thương mại hóa.
Nhìn chung, các thỏi SiC được chế tạo bằng phương pháp pha lỏng có kích thước tương đối nhỏ, với độ dày ở mức centimet. Đây cũng là một lý do khiến giá thành wafer SiC cao.
XKH chuyên về nghiên cứu và phát triển (R&D) và gia công tùy chỉnh các vật liệu bán dẫn lõi, bao gồm sapphire, silicon carbide (SiC), wafer silicon và gốm, bao phủ toàn bộ chuỗi giá trị từ phát triển tinh thể đến gia công chính xác. Tận dụng năng lực công nghiệp tích hợp, chúng tôi cung cấp wafer sapphire hiệu suất cao, đế silicon carbide và wafer silicon siêu tinh khiết, được hỗ trợ bởi các giải pháp tùy chỉnh như cắt tùy chỉnh, phủ bề mặt và chế tạo hình học phức tạp để đáp ứng các yêu cầu khắc nghiệt về môi trường trong hệ thống laser, chế tạo bán dẫn và các ứng dụng năng lượng tái tạo.
Tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng, sản phẩm của chúng tôi có độ chính xác đến từng micron, độ ổn định nhiệt >1500°C và khả năng chống ăn mòn vượt trội, đảm bảo độ tin cậy trong điều kiện vận hành khắc nghiệt. Ngoài ra, chúng tôi còn cung cấp đế thạch anh, vật liệu kim loại/phi kim loại và các linh kiện bán dẫn khác, cho phép khách hàng trong nhiều ngành công nghiệp chuyển đổi liền mạch từ khâu tạo mẫu sang sản xuất hàng loạt.
Thời gian đăng: 29-08-2025