Kristal tunggal jarang ditemukan di alam, dan bahkan jika pun ada, ukurannya biasanya sangat kecil—biasanya dalam skala milimeter (mm)—dan sulit diperoleh. Berlian, zamrud, akik, dll. yang dilaporkan umumnya tidak beredar di pasaran, apalagi untuk aplikasi industri; sebagian besar dipajang di museum untuk pameran. Namun, beberapa kristal tunggal memiliki nilai industri yang signifikan, seperti silikon kristal tunggal dalam industri sirkuit terpadu, safir yang umum digunakan dalam lensa optik, dan silikon karbida, yang sedang naik daun dalam semikonduktor generasi ketiga. Kemampuan untuk memproduksi kristal tunggal ini secara massal tidak hanya mewakili kekuatan dalam teknologi industri dan ilmiah, tetapi juga merupakan simbol kekayaan. Persyaratan utama untuk produksi kristal tunggal dalam industri ini adalah ukuran besar, karena ini merupakan kunci untuk mengurangi biaya secara lebih efektif. Berikut adalah beberapa kristal tunggal yang umum ditemukan di pasaran:
1. Kristal Tunggal Safir
Kristal tunggal safir mengacu pada α-Al₂O₃, yang memiliki sistem kristal heksagonal, kekerasan Mohs 9, dan sifat kimia yang stabil. Safir tidak larut dalam cairan korosif asam atau basa, tahan terhadap suhu tinggi, dan menunjukkan transmisi cahaya, konduktivitas termal, serta insulasi listrik yang sangat baik.
Jika ion Al dalam kristal digantikan oleh ion Ti dan Fe, kristal tersebut tampak biru dan disebut safir. Jika digantikan oleh ion Cr, kristal tersebut tampak merah dan disebut rubi. Namun, safir industri adalah α-Al₂O₃ murni, tidak berwarna dan transparan, tanpa pengotor.
Safir industri biasanya berbentuk wafer, setebal 400–700 μm dan berdiameter 4–8 inci. Wafer ini dikenal sebagai wafer dan dipotong dari ingot kristal. Gambar di bawah ini adalah ingot yang baru dikeluarkan dari tungku kristal tunggal, belum dipoles atau dipotong.
Pada tahun 2018, Perusahaan Elektronik Jinghui di Mongolia Dalam berhasil menumbuhkan kristal safir ultra-besar terbesar di dunia dengan berat 450 kg. Kristal safir terbesar sebelumnya di dunia adalah kristal seberat 350 kg yang diproduksi di Rusia. Seperti yang terlihat pada gambar, kristal ini memiliki bentuk yang teratur, sepenuhnya transparan, bebas dari retakan dan batas butiran, serta memiliki sedikit gelembung.
2. Silikon Kristal Tunggal
Saat ini, silikon kristal tunggal yang digunakan untuk chip sirkuit terpadu memiliki kemurnian 99,9999999% hingga 99,999999999% (9–11 sembilan), dan ingot silikon seberat 420 kg harus mempertahankan struktur sempurna seperti berlian. Di alam, bahkan berlian satu karat (200 mg) pun relatif langka.
Produksi global ingot silikon kristal tunggal didominasi oleh lima perusahaan besar: Shin-Etsu Jepang (28,0%), SUMCO Jepang (21,9%), GlobalWafers Taiwan (15,1%), SK Siltron Korea Selatan (11,6%), dan Siltronic Jerman (11,3%). Bahkan produsen wafer semikonduktor terbesar di Tiongkok daratan, NSIG, hanya menguasai sekitar 2,3% pangsa pasar. Meskipun demikian, sebagai pendatang baru, potensinya tidak boleh diremehkan. Pada tahun 2024, NSIG berencana berinvestasi dalam proyek peningkatan produksi wafer silikon 300 mm untuk sirkuit terpadu, dengan perkiraan total investasi sebesar ¥13,2 miliar.
Sebagai bahan baku chip, ingot silikon kristal tunggal dengan kemurnian tinggi berevolusi dari diameter 6 inci menjadi 12 inci. Pabrik pengecoran chip internasional terkemuka, seperti TSMC dan GlobalFoundries, menjadikan chip dari wafer silikon 12 inci sebagai arus utama di pasar, sementara wafer 8 inci secara bertahap dihapuskan. Pemimpin domestik SMIC masih menggunakan wafer 6 inci sebagai bahan utama. Saat ini, hanya SUMCO Jepang yang dapat memproduksi substrat wafer 12 inci dengan kemurnian tinggi.
3. Galium Arsenida
Wafer galium arsenida (GaAs) merupakan bahan semikonduktor penting, dan ukurannya merupakan parameter krusial dalam proses persiapan.
Saat ini, wafer GaAs biasanya diproduksi dalam ukuran 2 inci, 3 inci, 4 inci, 6 inci, 8 inci, dan 12 inci. Di antara ukuran-ukuran ini, wafer 6 inci merupakan salah satu spesifikasi yang paling banyak digunakan.
Diameter maksimum kristal tunggal yang ditumbuhkan dengan metode Horizontal Bridgman (HB) umumnya 3 inci, sementara metode Liquid-Encapsulated Czochralski (LEC) dapat menghasilkan kristal tunggal hingga diameter 12 inci. Namun, pertumbuhan LEC membutuhkan biaya peralatan yang tinggi dan menghasilkan kristal dengan ketidakseragaman dan kerapatan dislokasi yang tinggi. Metode Vertical Gradient Freeze (VGF) dan Vertical Bridgman (VB) saat ini dapat menghasilkan kristal tunggal hingga diameter 8 inci, dengan struktur yang relatif seragam dan kerapatan dislokasi yang lebih rendah.
Teknologi produksi untuk wafer poles GaAs semi-isolasi 4 inci dan 6 inci terutama dikuasai oleh tiga perusahaan: Sumitomo Electric Industries dari Jepang, Freiberger Compound Materials dari Jerman, dan AXT dari AS. Pada tahun 2015, substrat 6 inci telah menguasai lebih dari 90% pangsa pasar.
Pada tahun 2019, pasar substrat GaAs global didominasi oleh Freiberger, Sumitomo, dan Beijing Tongmei, dengan pangsa pasar masing-masing sebesar 28%, 21%, dan 13%. Menurut perkiraan firma konsultan Yole, penjualan global substrat GaAs (dikonversi ke ekuivalen 2 inci) mencapai sekitar 20 juta keping pada tahun 2019 dan diproyeksikan akan melampaui 35 juta keping pada tahun 2025. Pasar substrat GaAs global bernilai sekitar $200 juta pada tahun 2019 dan diperkirakan akan mencapai $348 juta pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 9,67% dari tahun 2019 hingga 2025.
4. Karbida Silikon Kristal Tunggal
Saat ini, pasar dapat sepenuhnya mendukung pertumbuhan kristal tunggal silikon karbida (SiC) berdiameter 2 inci dan 3 inci. Banyak perusahaan telah melaporkan keberhasilan pertumbuhan kristal tunggal SiC tipe 4H berukuran 4 inci, menandai pencapaian Tiongkok dalam teknologi pertumbuhan kristal SiC kelas dunia. Namun, masih terdapat kesenjangan yang signifikan sebelum komersialisasi.
Umumnya, ingot SiC yang ditumbuhkan dengan metode fase cair berukuran relatif kecil, dengan ketebalan hingga sentimeter. Hal ini juga menjadi alasan tingginya biaya wafer SiC.
XKH berspesialisasi dalam Litbang dan pemrosesan khusus material inti semikonduktor, termasuk safir, silikon karbida (SiC), wafer silikon, dan keramik, yang mencakup seluruh rantai nilai mulai dari pertumbuhan kristal hingga pemesinan presisi. Dengan memanfaatkan kapabilitas industri terintegrasi, kami menyediakan wafer safir berkinerja tinggi, substrat silikon karbida, dan wafer silikon dengan kemurnian ultra tinggi, yang didukung oleh solusi khusus seperti pemotongan khusus, pelapisan permukaan, dan fabrikasi geometri kompleks untuk memenuhi tuntutan lingkungan ekstrem dalam sistem laser, fabrikasi semikonduktor, dan aplikasi energi terbarukan.
Dengan standar kualitas yang ketat, produk kami memiliki presisi tingkat mikron, stabilitas termal >1500°C, dan ketahanan korosi yang unggul, memastikan keandalan dalam kondisi operasi yang berat. Selain itu, kami menyediakan substrat kuarsa, material logam/non-logam, dan komponen semikonduktor lainnya, yang memungkinkan transisi mulus dari pembuatan prototipe ke produksi massal bagi klien di berbagai industri.
Waktu posting: 29-Agu-2025