Forno per la crescita di cristalli di zaffiro KY Metodo Kyropoulos per la produzione di wafer di zaffiro e finestre ottiche

Breve descrizione:

Questa apparecchiatura per la crescita di cristalli di zaffiro impiega il metodo Kyropoulos (KY), leader a livello internazionale, specificamente progettato per la crescita di monocristalli di zaffiro di grande diametro e con pochi difetti. Il metodo KY consente un controllo preciso dell'estrazione dei cristalli di zaffiro, della velocità di rotazione e dei gradienti di temperatura, consentendo la crescita di cristalli di zaffiro fino a 300 mm di diametro ad alte temperature (2000-2200 °C). I sistemi basati sul metodo KY di XKH sono ampiamente utilizzati nella produzione industriale di wafer di zaffiro con piano C/A da 5 a 30 cm e finestre ottiche, raggiungendo una produzione mensile di 20 unità. L'apparecchiatura supporta i processi di drogaggio (ad esempio, drogaggio con Cr³⁰ per la sintesi del rubino) e garantisce la qualità dei cristalli grazie a:

Densità di dislocazione <100/cm²

Trasmittanza >85% a 400–5500 nm

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Caratteristiche

Principio di funzionamento

Il principio fondamentale del metodo KY prevede la fusione di materie prime di Al₂O₃ ad alta purezza in un crogiolo di tungsteno/molibdeno a 2050 °C. Un cristallo di innesco viene calato nella massa fusa, seguito da un'estrazione controllata (0,5-10 mm/h) e da una rotazione (0,5-20 giri al minuto) per ottenere una crescita direzionale di monocristalli di α-Al₂O₃. Le caratteristiche principali includono:

• Cristalli di grandi dimensioni (max. Φ400 mm × 500 mm)
• Zaffiro di grado ottico a basso stress (distorsione del fronte d'onda <λ/8 a 633 nm)
• Cristalli drogati (ad esempio, drogaggio Ti³⁰ per zaffiro stellato)

Componenti del sistema principale

1. Sistema di fusione ad alta temperatura
• Crogiolo composito tungsteno-molibdeno (temp. max. 2300°C)
• Riscaldatore in grafite multizona (controllo della temperatura ±0,5°C)

2. Sistema di crescita dei cristalli
• Meccanismo di trazione servoassistito (precisione ±0,01 mm)
• Guarnizione rotante a fluido magnetico (regolazione continua della velocità da 0 a 30 giri/min)

3. Controllo del campo termico
• Controllo indipendente della temperatura a 5 zone (1800–2200°C)
• Scudo termico regolabile (gradiente ±2°C/cm)
• Sistema di vuoto e atmosfera
• Vuoto elevato 10⁻⁴ Pa
• Controllo del gas misto Ar/N₂/H₂

4. Monitoraggio intelligente
• Monitoraggio del diametro dei cristalli in tempo reale tramite CCD
• Rilevamento multispettrale del livello di fusione

Confronto tra il metodo KY e CZ

Parametro	Metodo KY	Metodo CZ
Dimensione massima del cristallo	Φ400 mm	Φ200 mm
Tasso di crescita	5–15 mm/ora	20–50 mm/ora
Densità dei difetti	<100/cm²	500–1000/cm²
Consumo energetico	80–120 kWh/kg	50–80 kWh/kg
Applicazioni tipiche	Finestre ottiche/grandi wafer	Substrati LED/gioielli

Applicazioni chiave

1. Finestre optoelettroniche
• Cupole IR militari (trasmittanza >85%@3–5 μm)
• Finestre laser UV (resistono a una densità di potenza di 200 W/cm²)

2. Substrati semiconduttori
• Wafer epitassiali GaN (2–8 pollici, TTV <10 μm)
• Substrati SOI (rugosità superficiale <0,2 nm)

3. Elettronica di consumo
• Vetro di protezione per la fotocamera dello smartphone (durezza Mohs 9)
• Display per smartwatch (miglioramento della resistenza ai graffi di 10 volte)

4. Materiali specializzati
• Ottica IR ad alta purezza (coefficiente di assorbimento <10⁻³ cm⁻¹)
• Finestre di osservazione del reattore nucleare (tolleranza alle radiazioni: 10¹⁶ n/cm²)

Vantaggi delle attrezzature per la crescita dei cristalli di zaffiro Kyropoulos (KY)

L'impianto per la crescita del cristallo di zaffiro basato sul metodo Kyropoulos (KY) offre vantaggi tecnici senza pari, posizionandosi come una soluzione all'avanguardia per la produzione su scala industriale. I principali vantaggi includono:

1. Capacità di grandi diametri: in grado di sviluppare cristalli di zaffiro fino a 12 pollici (300 mm) di diametro, consentendo la produzione ad alto rendimento di wafer e componenti ottici per applicazioni avanzate come l'epitassia GaN e finestre di livello militare.

2. Densità di difetti ultra bassa: raggiunge densità di dislocazioni <100/cm² grazie a un design ottimizzato del campo termico e a un controllo preciso del gradiente di temperatura, garantendo un'integrità cristallina superiore per i dispositivi optoelettronici.

3. Prestazioni ottiche di alta qualità: offre una trasmittanza >85% nello spettro visibile-infrarosso (400-5500 nm), fondamentale per le finestre laser UV e l'ottica a infrarossi.

4. Automazione avanzata: dotato di meccanismi di trazione servoassistiti (precisione di ±0,01 mm) e guarnizioni rotanti a fluido magnetico (controllo continuo da 0 a 30 giri/min), riducendo al minimo l'intervento umano e migliorando la coerenza.

5. Opzioni di drogaggio flessibili: supporta la personalizzazione con droganti come Cr³⁰ (per il rubino) e Ti³⁰ (per lo zaffiro stellato), rivolgendosi a nicchie di mercato nell'optoelettronica e nella gioielleria.

6. Efficienza energetica: l'isolamento termico ottimizzato (crogiolo in tungsteno-molibdeno) riduce il consumo energetico a 80–120 kWh/kg, competitivo con metodi di crescita alternativi.

7. Produzione scalabile: raggiunge una produzione mensile di oltre 5.000 wafer con tempi di ciclo rapidi (8-10 giorni per cristalli da 30-40 kg), convalidati da oltre 200 installazioni globali.

8. Resistenza di livello militare: incorpora design resistenti alle radiazioni e materiali resistenti al calore (resistono a 10¹⁶ n/cm²), essenziali per applicazioni aerospaziali e nucleari.
Queste innovazioni consolidano il metodo KY come standard di riferimento per la produzione di cristalli di zaffiro ad alte prestazioni, favorendo i progressi nelle comunicazioni 5G, nell'informatica quantistica e nelle tecnologie di difesa.

Servizi XKH

XKH fornisce soluzioni complete chiavi in mano per sistemi di crescita del cristallo di zaffiro, che includono installazione, ottimizzazione dei processi e formazione del personale per garantire una perfetta integrazione operativa. Forniamo ricette di crescita pre-validate (oltre 50) personalizzate per diverse esigenze industriali, riducendo significativamente i tempi di ricerca e sviluppo per i clienti. Per applicazioni specializzate, i servizi di sviluppo personalizzati consentono la personalizzazione delle cavità (Φ200–400 mm) e sistemi di drogaggio avanzati (Cr/Ti/Ni), supportando componenti ottici ad alte prestazioni e materiali resistenti alle radiazioni.

I servizi a valore aggiunto includono lavorazioni post-crescita come taglio, molatura e lucidatura, a cui si aggiunge una gamma completa di prodotti in zaffiro come wafer, tubi e grezzi per pietre preziose. Queste offerte coprono settori che vanno dall'elettronica di consumo all'aerospaziale. Il nostro supporto tecnico garantisce una garanzia di 24 mesi e una diagnostica remota in tempo reale, garantendo tempi di fermo minimi e un'efficienza produttiva costante.