Kristal safir ditumbuhkan dari bubuk alumina dengan kemurnian tinggi >99,995%, menjadikannya area permintaan terbesar untuk alumina dengan kemurnian tinggi. Kristal ini menunjukkan kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, dan sifat kimia yang stabil, sehingga memungkinkannya beroperasi di lingkungan yang keras seperti suhu tinggi, korosi, dan benturan. Kristal safir banyak digunakan dalam pertahanan nasional, teknologi sipil, mikroelektronika, dan bidang lainnya.
Dari bubuk alumina kemurnian tinggi hingga kristal safir
1Aplikasi Utama Safir
Di sektor pertahanan, kristal safir terutama digunakan untuk jendela inframerah rudal. Peperangan modern menuntut presisi tinggi pada rudal, dan jendela optik inframerah merupakan komponen penting untuk mencapai persyaratan ini. Mengingat rudal mengalami panas aerodinamis dan benturan yang intens selama penerbangan berkecepatan tinggi, serta lingkungan pertempuran yang keras, radome harus memiliki kekuatan tinggi, ketahanan benturan, dan kemampuan menahan erosi akibat pasir, hujan, dan kondisi cuaca buruk lainnya. Kristal safir, dengan transmisi cahaya yang sangat baik, sifat mekanik yang unggul, dan karakteristik kimia yang stabil, telah menjadi material yang ideal untuk jendela inframerah rudal.
Substrat LED merupakan aplikasi safir yang paling luas. Pencahayaan LED dianggap sebagai revolusi ketiga setelah lampu fluoresen dan lampu hemat energi. Prinsip kerja LED adalah mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. Ketika arus listrik melewati semikonduktor, lubang dan elektron bergabung, melepaskan energi berlebih dalam bentuk cahaya, yang pada akhirnya menghasilkan pencahayaan. Teknologi chip LED didasarkan pada wafer epitaksial, di mana material gas diendapkan lapis demi lapis pada substrat. Material substrat utama meliputi substrat silikon, substrat silikon karbida, dan substrat safir. Di antara material-material tersebut, substrat safir menawarkan keunggulan signifikan dibandingkan kedua substrat lainnya, termasuk stabilitas perangkat, teknologi persiapan yang matang, tidak menyerap cahaya tampak, transmisi cahaya yang baik, dan biaya yang terjangkau. Data menunjukkan bahwa 80% perusahaan LED global menggunakan safir sebagai material substrat mereka.
Selain aplikasi yang disebutkan di atas, kristal safir juga digunakan dalam layar telepon seluler, peralatan medis, dekorasi perhiasan, dan sebagai bahan jendela untuk berbagai instrumen deteksi ilmiah seperti lensa dan prisma.
2. Ukuran dan Prospek Pasar
Didorong oleh dukungan kebijakan dan meluasnya skenario aplikasi chip LED, permintaan substrat safir dan ukuran pasarnya diperkirakan akan mencapai pertumbuhan dua digit. Pada tahun 2025, volume pengiriman substrat safir diproyeksikan mencapai 103 juta keping (dikonversi menjadi substrat 4 inci), meningkat 63% dibandingkan tahun 2021, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 13% dari tahun 2021 hingga 2025. Ukuran pasar substrat safir diperkirakan mencapai ¥8 miliar pada tahun 2025, meningkat 108% dibandingkan tahun 2021, dengan CAGR sebesar 20% dari tahun 2021 hingga 2025. Sebagai "pendahulu" substrat, ukuran pasar dan tren pertumbuhan kristal safir terlihat jelas.
3. Persiapan Kristal Safir
Sejak tahun 1891, ketika ahli kimia Prancis Verneuil A. pertama kali menemukan metode fusi api untuk menghasilkan kristal permata buatan, studi tentang pertumbuhan kristal safir buatan telah berlangsung lebih dari satu abad. Selama periode ini, kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi telah mendorong penelitian ekstensif tentang teknik pertumbuhan safir untuk memenuhi tuntutan industri akan kualitas kristal yang lebih tinggi, tingkat pemanfaatan yang lebih baik, dan biaya produksi yang lebih rendah. Berbagai metode dan teknologi baru telah muncul untuk menumbuhkan kristal safir, seperti metode Czochralski, metode Kyropoulos, metode pertumbuhan film-fed (EFG) yang ditentukan tepi, dan metode pertukaran panas (HEM).
3.1 Metode Czochralski untuk Menumbuhkan Kristal Safir
Metode Czochralski, yang dipelopori oleh Czochralski J. pada tahun 1918, juga dikenal sebagai teknik Czochralski (disingkat metode Cz). Pada tahun 1964, Poladino AE dan Rotter BD pertama kali menerapkan metode ini untuk menumbuhkan kristal safir. Hingga saat ini, metode ini telah menghasilkan sejumlah besar kristal safir berkualitas tinggi. Prinsipnya melibatkan peleburan bahan baku untuk membentuk lelehan, kemudian mencelupkan benih kristal tunggal ke permukaan lelehan. Karena perbedaan suhu pada antarmuka padat-cair, terjadi supercooling, yang menyebabkan lelehan memadat di permukaan benih dan mulai menumbuhkan kristal tunggal dengan struktur kristal yang sama dengan benih. Benih ditarik perlahan ke atas sambil berputar pada kecepatan tertentu. Saat benih ditarik, lelehan secara bertahap memadat di antarmuka, membentuk kristal tunggal. Metode ini, yang melibatkan penarikan kristal dari lelehan, adalah salah satu teknik umum untuk menyiapkan kristal tunggal berkualitas tinggi.
Keunggulan metode Czochralski antara lain: (1) laju pertumbuhan yang cepat, memungkinkan produksi kristal tunggal berkualitas tinggi dalam waktu singkat; (2) kristal tumbuh di permukaan lelehan tanpa bersentuhan dengan dinding krus, sehingga efektif mengurangi tegangan internal dan meningkatkan kualitas kristal. Namun, kelemahan utama metode ini adalah kesulitan dalam menumbuhkan kristal berdiameter besar, sehingga kurang cocok untuk menghasilkan kristal berukuran besar.
3.2 Metode Kyropoulos untuk Menumbuhkan Kristal Safir
Metode Kyropoulos, yang ditemukan oleh Kyropoulos pada tahun 1926 (disingkat metode KY), memiliki kemiripan dengan metode Czochralski. Metode ini melibatkan pencelupan benih kristal ke dalam permukaan lelehan dan menariknya perlahan ke atas untuk membentuk leher. Setelah laju pemadatan pada antarmuka lelehan-benih stabil, benih tidak lagi ditarik atau diputar. Sebaliknya, laju pendinginan dikontrol agar kristal tunggal dapat memadat secara bertahap dari atas ke bawah, hingga akhirnya membentuk kristal tunggal.
Proses Kyropoulos menghasilkan kristal dengan kualitas tinggi, tingkat cacat rendah, besar, dan efektivitas biaya yang baik.
3.3 Metode Pertumbuhan Film-Fed (EFG) yang Ditentukan Tepi untuk Menumbuhkan Kristal Safir
Metode EFG adalah teknologi pertumbuhan kristal berbentuk. Prinsipnya melibatkan penempatan lelehan bertitik leleh tinggi ke dalam cetakan. Lelehan tersebut ditarik ke bagian atas cetakan melalui aksi kapiler, di mana ia bersentuhan dengan kristal benih. Saat benih ditarik dan lelehan memadat, kristal tunggal terbentuk. Ukuran dan bentuk tepi cetakan membatasi dimensi kristal. Akibatnya, metode ini memiliki beberapa keterbatasan dan terutama cocok untuk kristal safir berbentuk seperti tabung dan profil berbentuk U.
3.4 Metode Pertukaran Panas (HEM) untuk Menumbuhkan Kristal Safir
Metode pertukaran panas untuk menyiapkan kristal safir berukuran besar ditemukan oleh Fred Schmid dan Dennis pada tahun 1967. Sistem HEM memiliki insulasi termal yang sangat baik, kontrol independen terhadap gradien suhu dalam lelehan dan kristal, serta kemampuan pengendalian yang baik. Sistem ini relatif mudah menghasilkan kristal safir dengan dislokasi rendah dan ukuran besar.
Keunggulan metode HEM antara lain tidak adanya pergerakan pada krus, kristal, dan pemanas selama proses pertumbuhan, sehingga menghilangkan aksi tarikan seperti yang terjadi pada metode Kyropoulos dan Czochralski. Hal ini mengurangi campur tangan manusia dan menghindari cacat kristal akibat gerakan mekanis. Selain itu, laju pendinginan dapat dikontrol untuk meminimalkan tekanan termal dan retakan kristal serta cacat dislokasi yang diakibatkannya. Metode ini memungkinkan pertumbuhan kristal berukuran besar, relatif mudah dioperasikan, dan memiliki prospek pengembangan yang menjanjikan.
Dengan memanfaatkan keahlian mendalam dalam pertumbuhan kristal safir dan pemrosesan presisi, XKH menyediakan solusi wafer safir khusus yang komprehensif dan dirancang khusus untuk aplikasi pertahanan, LED, dan optoelektronik. Selain safir, kami juga menyediakan rangkaian lengkap material semikonduktor berkinerja tinggi, termasuk wafer silikon karbida (SiC), wafer silikon, komponen keramik SiC, dan produk kuarsa. Kami menjamin kualitas, keandalan, dan dukungan teknis yang luar biasa untuk semua material, membantu pelanggan mencapai kinerja yang luar biasa dalam aplikasi industri dan penelitian tingkat lanjut.
Waktu posting: 29-Agu-2025