Crystalli singulares natura rari sunt, et etiam cum inveniuntur, plerumque parvi sunt — typice in scala millimetrica (mm) — et difficiles ad obtinendum. Adamantes, smaragdi, achates, etc., quae nuntiantur, plerumque in mercatum non veniunt, nedum in applicationibus industrialibus; pleraque in museis ad exhibitionem exhibentur. Attamen, nonnulli crystalli singulares magnum valorem industrialem habent, ut silicium monocrystallinum in industria circuituum integratorum, sapphirum vulgo in lentibus opticis adhibitum, et carburum silicii, quod impetum in semiconductoribus tertiae generationis capit. Facultas hos crystallos singulares industrialiter in magna copia producendi non solum robur in technologia industriali et scientifica repraesentat, sed etiam symbolum divitiarum est. Primaria necessitas ad productionem monocrystallorum singularium in industria est magnitudo magna, cum haec clavis sit ad sumptus efficacius reducendos. Infra sunt nonnulli crystalli singulares in mercato vulgo inveniuntur:
1. Sapphirus Crystallus Singularis
Sapphirum cristallum singulare ad α-Al₂O₃ refertur, quod systema crystallinum hexagonale, duritiam Mohs 9, et proprietates chemicas stabiles habet. In liquoribus acidis vel alcalinis corrosivis insolubile est, temperaturis altis resistit, et transmissionem lucis, conductivitatem thermalem, et insulationem electricam excellentem exhibet.
Si iones Al in crystallo ionibus Ti et Fe substituuntur, crystallus caeruleus apparet et sapphirus appellatur. Si ionibus Cr substituitur, ruber apparet et rubinus appellatur. Sapphirus autem industrialis est purus α-Al₂O₃, incolor et pellucidus, sine impuritatibus.
Sapphirus industrialis typice formam laminarum (vel "wafers") habet, crassitudinis 400–700 μm et diametro 4–8 digitorum. Hae "wafers" appellantur et ex lingotibus crystallinis secantur. Infra ostenditur lingotus recens extractus ex fornace monocrystalli, nondum politus aut sectus.
Anno MMXVIII, Societas Electronica Jinghui in Mongolia Interiore feliciter crystallum sapphirinum ingens, 450 kg ponderis, in mundo creavit. Antehac maximum crystallum sapphirinum toto orbe terrarum, 350 kg ponderis, in Russia productum erat. Ut in imagine videtur, hoc crystallum formam regularem habet, omnino pellucidum est, sine fissuris et finibus granorum, et paucas bullas habet.
2. Silicium Crystallinum Unius
Hodie, silicium monocrystallinum ad circuitus integratos adhibitum puritatem 99.9999999% ad 99.999999999% (9–11 novem) habet, et massa silicii 420 kg structuram perfectam adamantinam servare debet. In natura, etiam adamas unius carati (200 mg) relative rarus est.
Productio globalis massarum silicii monocrystallinarum a quinque societatibus magnis dominatur: Shin-Etsu Iaponiae (28.0%), SUMCO Iaponiae (21.9%), GlobalWafers Taiwanensis (15.1%), SK Siltron Coreae Meridianae (11.6%), et Siltronic Germaniae (11.3%). Etiam maximus fabricator laminarum semiconductorum in Sinis continentalibus, NSIG, tantum circiter 2.3% partis mercatus tenet. Nihilominus, ut novus advena, potentia eius non debet subaestimari. Anno 2024, NSIG consilium cepit ut inceptum ad productionem laminarum silicii 300 mm pro circuitibus integratis emendandam investiat, cum aestimatione pecuniae collocatae totalis ¥13.2 miliardis.
Materia prima pro fragmentis, massae silicii monocrystallini altae puritatis a diametris sex unciarum ad duodecim unciarum evolvuntur. Praecipuae officinae internationales fragmentorum, ut TSMC et GlobalFoundries, fragmenta ex laminis silicii duodecim unciarum in forum communem faciunt, dum laminae octo unciarum paulatim abolentur. Dux domesticus SMIC adhuc praecipue laminas sex unciarum utitur. Nunc, sola Iaponia SUMCO substrata laminarum duodecim unciarum altae puritatis producere potest.
3. Gallium Arsenidum
Laminae gallii arsenidī (GaAs) inter materias semiconductrices magni momenti sunt, et magnitudo earum est parametrus criticus in processu praeparationis.
Hodie, laminae GaAs typice producuntur magnitudinibus duarum, trium, quattuor, sex, octo, et duodecim unciarum. Inter has, laminae sex unciarum sunt una ex specificationibus latissime usurpatis.
Maxima diameter crystallorum singularium per methodum Bridgman Horizontalem (HB) crescentem plerumque tres uncias est, dum methodus Czochralski Liquid-Encapsulated (LEC) crystallos singulares usque ad duodecim uncias in diametro producere potest. Attamen, incrementum LEC sumptus apparatuum altos requirit et crystallos cum non-uniformitate et alta densitate dislocationum producit. Methodi Congelationis Gradientis Verticalis (VGF) et Bridgman Verticalis (VB) nunc crystallos singulares usque ad octo uncias in diametro producere possunt, cum structura relative uniformi et minore densitate dislocationum.
Technologia productionis laminarum GaAs politarum semi-insulantium quattuor et sex unciarum praecipue a tribus societatibus perficitur: Sumitomo Electric Industries Iaponiae, Freiberger Compound Materials Germaniae, et AXT Americanae. Anno 2015, substrata sex unciarum iam plus quam 90% partis mercatus occupabant.
Anno MMXIX, mercatum globalem substratorum GaAs dominatum est a Freiberger, Sumitomo, et Beijing Tongmei, cum portionibus mercatus 28%, 21%, et 13% respective. Secundum aestimationes societatis consultoriae Yole, venditiones globales substratorum GaAs (ad aequivalentes 2-unciarum conversae) circiter 20 miliones unitatum anno MMXIX attigerunt et praedicuntur ut 35 miliones unitatum superent anno MMXV. Mercatus globalis substratorum GaAs aestimatus est ad circiter $200 miliones anno MMXIX et exspectatur ut $348 miliones perveniat anno MMXV, cum incrementum annuum compositum (CAGR) 9.67% ab anno MMXIX ad MMXXV.
4. Crystallum Singulare Carburis Silicii
Mercatus hodie incrementum crystallorum singularium carburi silicii (SiC) duarum et trium unciarum diametro plene sustinere potest. Multae societates incrementum prosperum crystallorum singularium SiC quattuor unciarum typi 4H rettulerunt, quod Sinarum gradus insignes in technologia incrementi crystallorum SiC consecutionem significat. Attamen, adhuc magnum intervallum ante commercializationem restat.
Generaliter, massae SiC per methodos phasis liquidae cultivatae relative parvae sunt, crassitudinibus ad gradum centimetri. Haec etiam causa est pretii alti laminarum SiC.
XKH in investigatione et evolutione (R&D) et processu ad usum singularum materiarum semiconductorum, inter quas sapphirum, carburum silicii (SiC), laminas silicii, et ceramicas, perita est, totam catenam valoris ab incremento crystalli ad machinationem accuratam complectens. Facultatibus industrialibus integratis utentes, laminas sapphirinas altae efficacitatis, substrata carburi silicii, et laminas silicii puritatis altissimae praebemus, solutionibus ad usum singularum, ut sectione ad usum singularum, obductione superficiei, et fabricatione geometriae complexae sustentatis, ut postulationibus extremis environmentalibus in systematibus laser, fabricatione semiconductorum, et applicationibus energiae renovabilis occurramus.
Adhaerentes normis qualitatis, producta nostra praecisionem micronicam, stabilitatem thermalem >1500°C, et resistentiam corrosionis superiorem praebent, firmitatem in condicionibus operationis asperis praestantes. Praeterea, substrata quartz, materias metallicas/non metallicas, et alias partes semiconductorias praebemus, transitiones faciles a prototypis ad productionem massalem clientibus per industrias efficientes.
Tempus publicationis: XXIX Augusti, MMXXXV