Attrezzatura per la crescita di lingotti di zaffiro Metodo Czochralski CZ per la produzione di wafer di zaffiro da 2 a 12 pollici

Breve descrizione:

L'apparecchiatura per la crescita di lingotti di zaffiro (metodo Czochralski) è un sistema all'avanguardia progettato per la crescita di monocristalli di zaffiro ad alta purezza e bassa difettosità. Il metodo Czochralski (CZ) consente un controllo preciso della velocità di estrazione dei cristalli seme (0,5-5 mm/h), della velocità di rotazione (5-30 giri/min) e dei gradienti di temperatura in un crogiolo di iridio, producendo cristalli assialsimmetrici fino a 300 mm di diametro. Questa apparecchiatura supporta il controllo dell'orientamento dei cristalli sul piano C/A, consentendo la crescita di zaffiro di grado ottico, elettronico e drogato (ad esempio, rubino Cr³⁺, zaffiro stellato Ti³⁺).

XKH fornisce soluzioni end-to-end, tra cui la personalizzazione delle apparecchiature (produzione di wafer da 2 a 12 pollici), l'ottimizzazione dei processi (densità di difetti <100/cm²) e la formazione tecnica, con una produzione mensile di oltre 5.000 wafer per applicazioni quali substrati LED, epitassia GaN e confezionamento di semiconduttori.

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Caratteristiche

Principio di funzionamento

Il metodo CZ funziona attraverso i seguenti passaggi:
1. Fusione delle materie prime: l'Al₂O₃ ad alta purezza (purezza >99,999%) viene fuso in un crogiolo di iridio a 2050–2100°C.
2. Introduzione del cristallo seme: un cristallo seme viene calato nella massa fusa, quindi viene tirato rapidamente per formare un collo (diametro <1 mm) per eliminare le dislocazioni.
3. Formazione della spalla e crescita della massa: la velocità di trazione viene ridotta a 0,2–1 mm/h, espandendo gradualmente il diametro del cristallo fino alla dimensione desiderata (ad esempio, 4–12 pollici).
4. Ricottura e raffreddamento: il cristallo viene raffreddato a 0,1–0,5 °C/min per ridurre al minimo le cricche indotte dallo stress termico.
5. Tipi di cristalli compatibili:
Grado elettronico: substrati semiconduttori (TTV <5 μm)
Grado ottico: finestre laser UV (trasmittanza >90% a 200 nm)
Varianti drogate: Rubino (concentrazione di Cr³⁺ 0,01–0,5% in peso), tubo di zaffiro blu

Componenti del sistema principale

1. Sistema di fusione
Crogiolo di iridio: resistente a 2300 °C, resistente alla corrosione, compatibile con grandi fusioni (100–400 kg).
Forno di riscaldamento a induzione: controllo indipendente della temperatura multizona (±0,5°C), gradienti termici ottimizzati.

2. Sistema di trazione e rotazione
Servomotore ad alta precisione: risoluzione di trazione 0,01 mm/h, concentricità di rotazione <0,01 mm.
Guarnizione magnetica del fluido: trasmissione senza contatto per una crescita continua (>72 ore).

3. Sistema di controllo termico
Controllo PID a circuito chiuso: regolazione della potenza in tempo reale (50–200 kW) per stabilizzare il campo termico.
Protezione con gas inerte: miscela Ar/N₂ (purezza 99,999%) per prevenire l'ossidazione.

4. Automazione e monitoraggio
Monitoraggio del diametro CCD: feedback in tempo reale (precisione ±0,01 mm).
Termografia a infrarossi: monitora la morfologia dell'interfaccia solido-liquido.

Confronto tra i metodi CZ e KY

Parametro	Metodo CZ	Metodo KY
Dimensione massima del cristallo	12 pollici (300 mm)	400 mm (lingotto a forma di pera)
Densità dei difetti	<100/cm²	<50/cm²
Tasso di crescita	0,5–5 mm/ora	0,1–2 mm/ora
Consumo energetico	50–80 kWh/kg	80–120 kWh/kg
Applicazioni	Substrati LED, epitassia GaN	Finestre ottiche, grandi lingotti
Costo	Moderato (elevato investimento in attrezzature)	Alto (processo complesso)

Applicazioni chiave

1. Industria dei semiconduttori
Substrati epitassiali GaN: wafer da 2–8 pollici (TTV <10 μm) per micro-LED e diodi laser.
Wafer SOI: rugosità superficiale <0,2 nm per chip integrati in 3D.

2. Optoelettronica
Finestre laser UV: sopportano una densità di potenza di 200 W/cm² per ottiche litografiche.
Componenti a infrarossi: coefficiente di assorbimento <10⁻³ cm⁻¹ per termografia.

3. Elettronica di consumo
Cover per fotocamera smartphone: durezza Mohs 9, resistenza ai graffi migliorata di 10 volte.
Display per smartwatch: spessore 0,3–0,5 mm, trasmittanza >92%.

4. Difesa e aerospazio
Finestre del reattore nucleare: tolleranza alle radiazioni fino a 10¹⁶ n/cm².
Specchi laser ad alta potenza: deformazione termica <λ/20@1064 nm.

Servizi di XKH

1. Personalizzazione dell'attrezzatura
Progettazione della camera scalabile: configurazioni da Φ200–400 mm per la produzione di wafer da 2–12 pollici.
Flessibilità di drogaggio: supporta il drogaggio con terre rare (Er/Yb) e metalli di transizione (Ti/Cr) per proprietà optoelettroniche su misura.

2. Supporto end-to-end
Ottimizzazione dei processi: ricette pre-validate (oltre 50) per LED, dispositivi RF e componenti resistenti alle radiazioni.
Rete di assistenza globale: diagnostica remota 24 ore su 24, 7 giorni su 7 e manutenzione in loco con garanzia di 24 mesi.

3. Elaborazione a valle
Fabbricazione di wafer: taglio, molatura e lucidatura per wafer da 2–12 pollici (piano C/A).
Prodotti a valore aggiunto:
Componenti ottici: finestre UV/IR (spessore 0,5–50 mm).
Materiali di qualità per gioielli: rubino Cr³⁺ (certificato GIA), zaffiro stellato Ti³⁺.

4. Leadership tecnica
Certificazioni: wafer conformi alle norme EMI.
Brevetti: brevetti fondamentali nell'innovazione del metodo CZ.

Conclusione

L'attrezzatura con metodo CZ offre compatibilità con grandi dimensioni, bassissimi tassi di difettosità e un'elevata stabilità di processo, rendendola il punto di riferimento del settore per applicazioni LED, semiconduttori e difesa. XKH fornisce un supporto completo, dall'implementazione dell'attrezzatura alla lavorazione post-crescita, consentendo ai clienti di ottenere una produzione di cristalli di zaffiro economica e ad alte prestazioni.