Сапфир кристаллдары тазалыгы >99,995% болгон жогорку тазалыктагы глинозем порошогунан өстүрүлөт, бул аларды жогорку тазалыктагы глиноземге эң чоң суроо-талап чөйрөсүнө айлантат. Алар жогорку бекемдикке, жогорку катуулукка жана туруктуу химиялык касиеттерге ээ, бул аларга жогорку температура, коррозия жана сокку сыяктуу катаал чөйрөлөрдө иштөөгө мүмкүндүк берет. Алар улуттук коргонуу, жарандык технологиялар, микроэлектроника жана башка тармактарда кеңири колдонулат.
Жогорку тазалыктагы глинозем порошогунан сапфир кристаллдарына чейин
1Сапфирдин негизги колдонулуштары
Коргонуу тармагында сапфир кристаллдары негизинен ракетанын инфракызыл терезелери үчүн колдонулат. Заманбап согуш ракеталарда жогорку тактыкты талап кылат жана инфракызыл оптикалык терезе бул талапка жетүү үчүн маанилүү компонент болуп саналат. Ракеталар жогорку ылдамдыктагы учуу учурунда, ошондой эле катаал согуштук чөйрөлөрдө катуу аэродинамикалык ысыкты жана соккуну сезээрин эске алганда, радом жогорку бекемдикке, соккуга туруктуулукка жана кумдан, жамгырдан жана башка катаал аба ырайынын шарттарынан эрозияга туруштук бере алышы керек. Мыкты жарык өткөрүмдүүлүгү, жогорку механикалык касиеттери жана туруктуу химиялык мүнөздөмөлөрү менен сапфир кристаллдары ракетанын инфракызыл терезелери үчүн идеалдуу материалга айланды.
LED субстраттары сапфирдин эң кеңири колдонулушун билдирет. LED жарыктандыруу флуоресценттик жана энергияны үнөмдөөчү лампалардан кийинки үчүнчү революция деп эсептелет. LED лампаларынын принциби электр энергиясын жарык энергиясына айландырууну камтыйт. Ток жарым өткөргүчтөн өткөндө, тешиктер жана электрондор биригип, ашыкча энергияны жарык түрүндө бөлүп чыгарып, акыры жарыктандырууну пайда кылат. LED чип технологиясы эпитаксиалдык пластиналарга негизделген, мында газ түрүндөгү материалдар субстратка катмар-катмар чөгөрүлөт. Негизги субстрат материалдарына кремний субстраттары, кремний карбид субстраттары жана сапфир субстраттары кирет. Алардын арасында сапфир субстраттары калган экөөнө караганда олуттуу артыкчылыктарды сунуштайт, анын ичинде түзмөктүн туруктуулугу, жетилген даярдоо технологиясы, көрүнгөн жарыкты сиңирбөө, жакшы жарык өткөрүмдүүлүгү жана орточо баасы. Маалыматтар көрсөткөндөй, дүйнөлүк LED компанияларынын 80% субстрат материалы катары сапфирди колдонушат.
Жогоруда айтылган колдонмолордон тышкары, сапфир кристаллдары уюлдук телефондордун экрандарында, медициналык шаймандарда, зер буюмдарын кооздоодо жана линзалар жана призмалар сыяктуу ар кандай илимий аныктоочу шаймандар үчүн терезе материалдары катары да колдонулат.
2. Рыноктун көлөмү жана келечеги
Саясаттык колдоо жана LED чиптерин колдонуунун кеңейип жаткан сценарийлеринин негизинде, сапфир субстраттарына болгон суроо-талап жана алардын рыноктук көлөмү эки орундуу өсүшкө жетиши күтүлүүдө. 2025-жылга чейин сапфир субстраттарынын жөнөтүү көлөмү 103 миллион даанага (4 дюймдук субстраттарга айландырылган) жетет деп болжолдонууда, бул 2021-жылга салыштырмалуу 63% га өсүштү билдирет, ал эми 2021-жылдан 2025-жылга чейин жылдык өсүү темпи (CAGR) 13% ды түзөт. Сапфир субстраттарынын рыноктук көлөмү 2025-жылга чейин 8 миллиард иенге жетет деп күтүлүүдө, бул 2021-жылга салыштырмалуу 108% га өсүү, ал эми 2021-жылдан 2025-жылга чейин CAGR 20% ды түзөт. Субстраттардын "башталгычы" катары сапфир кристаллдарынын рыноктук көлөмү жана өсүү тенденциясы айкын көрүнүп турат.
3. Сапфир кристаллдарын даярдоо
1891-жылы француз химиги А. Верней биринчи жолу жасалма асыл таш кристаллдарын алуу үчүн жалын аралаштыруу ыкмасын ойлоп тапкандан бери, жасалма сапфир кристаллдарын өстүрүүнү изилдөө бир кылымдан ашык убакытты камтыйт. Бул мезгилде илим менен техниканын жетишкендиктери кристаллдын сапатын жогорулатуу, пайдалануу көрсөткүчтөрүн жакшыртуу жана өндүрүш чыгымдарын азайтуу боюнча өнөр жай талаптарын канааттандыруу үчүн сапфир өстүрүү ыкмалары боюнча кеңири изилдөөлөрдү жүргүзүүгө түрткү болду. Сапфир кристаллдарын өстүрүү үчүн Чохральский ыкмасы, Киропулос ыкмасы, чети аныкталган пленка менен өстүрүү (EFG) ыкмасы жана жылуулук алмашуу ыкмасы (HEM) сыяктуу ар кандай жаңы ыкмалар жана технологиялар пайда болду.
3.1 Сапфир кристаллдарын өстүрүү үчүн Чохральский ыкмасы
1918-жылы Чохралски Ж. тарабынан демилгеленген Чохралски ыкмасы Чохралски ыкмасы (кыскартылган түрдө Cz ыкмасы) катары да белгилүү. 1964-жылы Поладино А.Э. жана Роттер Б.Д. бул ыкманы алгач сапфир кристаллдарын өстүрүү үчүн колдонушкан. Бүгүнкү күнгө чейин ал көп сандаган жогорку сапаттагы сапфир кристаллдарын өндүрүп келген. Принцип чийки затты эритип, эритмени пайда кылууну, андан кийин эритменин бетине монокристалл уругун батырууну камтыйт. Катуу-суюк заттын бетиндеги температуранын айырмасынан улам, өтө муздатуу жүрүп, эритменин үрөндүн бетинде катып, үрөн менен бирдей кристаллдык түзүлүшкө ээ монокристалл өсө баштайт. Үрөн белгилүү бир ылдамдыкта айланып жатып, акырындык менен өйдө карай тартылат. Үрөн тартылганда, эритме бетинде акырындык менен катып, монокристаллды пайда кылат. Эритменин ичинен кристаллды сууруп алууну камтыган бул ыкма жогорку сапаттагы монокристаллдарды даярдоонун кеңири таралган ыкмаларынын бири болуп саналат.
Чохральский ыкмасынын артыкчылыктары төмөнкүлөрдү камтыйт: (1) тез өсүү темпи, бул кыска убакыттын ичинде жогорку сапаттагы монокристаллдарды өндүрүүгө мүмкүндүк берет; (2) кристаллдар эритме бетинде тигель дубалына тийбестен өсүп, ички чыңалууну натыйжалуу түрдө азайтып, кристаллдын сапатын жакшыртат. Бирок, бул ыкманын негизги кемчилиги - чоң диаметрдеги кристаллдарды өстүрүүдөгү кыйынчылык, бул аны чоң өлчөмдөгү кристаллдарды өндүрүү үчүн анча ылайыктуу эмес кылат.
3.2 Сапфир кристаллдарын өстүрүү үчүн Киропулос ыкмасы
1926-жылы Киропулос тарабынан ойлоп табылган Киропулос ыкмасы (кыскартылган түрдө KY ыкмасы) Чохральский ыкмасы менен окшоштуктарга ээ. Ал эритилген бетке үрөн кристаллын малып, аны акырындык менен өйдө тартып, моюн пайда кылууну камтыйт. Эритилген-үрөн чек арасындагы катып калуу ылдамдыгы турукташкандан кийин, үрөн тартылбайт же айланбайт. Анын ордуна, муздатуу ылдамдыгы монокристалдын жогортон ылдый карай акырындык менен катып, акырында монокристалды пайда кылышы үчүн башкарылат.
Киропулос процесси жогорку сапаттагы, төмөн кемчилик тыгыздыгына ээ, чоң жана жагымдуу үнөмдүүлүккө ээ кристаллдарды өндүрөт.
3.3 Сапфир кристаллдарын өстүрүү үчүн четтери аныкталган пленка менен өстүрүү (EFG) ыкмасы
EFG ыкмасы формага келтирилген кристалл өстүрүү технологиясы болуп саналат. Анын принциби жогорку эрүү температурасына ээ эритинди калыпка салууну камтыйт. Эритме капиллярдык аракет аркылуу калыптын үстүнкү бөлүгүнө тартылып, ал жерде үрөн кристаллына тиет. Үрөн тартылып, эритме катып калганда, монокристалл пайда болот. Калыптын четинин өлчөмү жана формасы кристаллдын өлчөмдөрүн чектейт. Демек, бул ыкманын белгилүү бир чектөөлөрү бар жана ал негизинен түтүктөр жана U формасындагы профилдер сыяктуу формага келтирилген сапфир кристаллдары үчүн ылайыктуу.
3.4 Сапфир кристаллдарын өстүрүү үчүн жылуулук алмашуу ыкмасы (ЖЭМ)
Чоң өлчөмдөгү сапфир кристаллдарын даярдоо үчүн жылуулук алмашуу ыкмасын Фред Шмид жана Деннис 1967-жылы ойлоп табышкан. HEM системасы эң сонун жылуулук изоляциясына, эритмедеги жана кристаллдагы температура градиентин көз карандысыз башкарууга жана жакшы башкарууга ээ. Ал салыштырмалуу оңой эле төмөн дислокациялуу жана чоң сапфир кристаллдарын чыгарат.
HEM ыкмасынын артыкчылыктарына өсүү учурунда тигельде, кристаллда жана жылыткычта кыймылдын жоктугу, Киропулос жана Чохральски ыкмаларындагыдай тартуу аракеттерин жокко чыгаруу кирет. Бул адамдын кийлигишүүсүн азайтат жана механикалык кыймылдан келип чыккан кристалл кемчиликтеринен качат. Мындан тышкары, муздатуу ылдамдыгын жылуулук стрессин жана кристаллдын жарака кетишин жана дислокациясынын кемчиликтерин минималдаштыруу үчүн көзөмөлдөөгө болот. Бул ыкма чоң өлчөмдөгү кристаллдардын өсүшүнө мүмкүндүк берет, иштетүү салыштырмалуу оңой жана келечектүү өнүгүү келечегине ээ.
Сапфир кристаллын өстүрүү жана так иштетүү жаатында терең тажрыйбага таянып, XKH коргонуу, LED жана оптоэлектроника колдонмолоруна ылайыкташтырылган сапфир пластиналарынын комплекстүү чечимдерин сунуштайт. Сапфирден тышкары, биз кремний карбиди (SiC) пластиналарын, кремний пластиналарын, SiC керамикалык компоненттерин жана кварц буюмдарын камтыган жогорку өндүрүмдүү жарым өткөргүч материалдардын толук спектрин сунуштайбыз. Биз бардык материалдар боюнча өзгөчө сапатты, ишенимдүүлүктү жана техникалык колдоону камсыздайбыз, бул кардарларга өнүккөн өнөр жай жана изилдөө колдонмолорунда алдыңкы көрсөткүчтөргө жетүүгө жардам берет.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 29-августу