Saphirkristall-Züchtungsofen KY Kyropoulos-Methode für die Herstellung von Saphir-Wafern und optischen Fenstern

Kurze Beschreibung:

Diese Anlage zur Saphirkristallzüchtung nutzt das international führende Kyropoulos-Verfahren (KY), das speziell für die Züchtung von Saphir-Einkristallen mit großem Durchmesser und geringer Defektdichte entwickelt wurde. Das KY-Verfahren ermöglicht eine präzise Steuerung von Impfkristallziehen, Rotationsgeschwindigkeit und Temperaturgradienten und ermöglicht so die Züchtung von Saphirkristallen mit einem Durchmesser von bis zu 300 mm bei hohen Temperaturen (2000–2200 °C). Die KY-Verfahrenssysteme von XKH werden häufig in der industriellen Produktion von 2–12 Zoll großen C/A-Plane-Saphir-Wafern und optischen Fenstern eingesetzt und erreichen eine monatliche Produktion von 20 Einheiten. Die Anlage unterstützt Dotierungsprozesse (z. B. Cr³⁰-Dotierung für die Rubinsynthese) und liefert Kristallqualität mit:

Versetzungsdichte <100/cm²

Transmission >85 % bei 400–5500 nm

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Merkmale

Funktionsprinzip

Das Kernprinzip der KY-Methode besteht im Schmelzen hochreiner Al₂O₃-Rohstoffe in einem Wolfram-Molybdän-Tiegel bei 2050 °C. Ein Impfkristall wird in die Schmelze abgesenkt, anschließend kontrolliert herausgezogen (0,5–10 mm/h) und gedreht (0,5–20 U/min), um ein gerichtetes Wachstum von α-Al₂O₃-Einkristallen zu erreichen. Wichtige Merkmale sind:

• Kristalle mit großen Abmessungen (max. Φ400 mm × 500 mm)
• Spannungsarmer Saphir optischer Qualität (Wellenfrontverzerrung <λ/8 @ 633 nm)
• Dotierte Kristalle (zB Ti³⁰-Dotierung für Sternsaphir)

Kernsystemkomponenten

1. Hochtemperatur-Schmelzsystem
• Wolfram-Molybdän-Verbundtiegel (max. Temp. 2300°C)
• Mehrzonen-Graphitheizung (±0,5 °C Temperaturregelung)

2. Kristallwachstumssystem
• Servogetriebener Zugmechanismus (±0,01 mm Präzision)
• Magnetische Flüssigkeits-Rotationsdichtung (0–30 U/min stufenlose Drehzahlregelung)

3. Thermische Feldsteuerung
• 5-Zonen-unabhängige Temperaturregelung (1800–2200 °C)
• Einstellbarer Hitzeschild (±2°C/cm Gradient)
• Vakuum- und Atmosphärensystem
• 10⁻⁴ Pa Hochvakuum
• Ar/N₂/H₂-Mischgasregelung

4. Intelligente Überwachung
• CCD-Echtzeit-Überwachung des Kristalldurchmessers
• Multispektrale Schmelzeniveauerkennung

Vergleich der KY- und CZ-Methode

Parameter	KY-Methode	CZ-Methode
Max. Kristallgröße	Φ400 mm	Φ200 mm
Wachstumsrate	5–15 mm/h	20–50 mm/h
Defektdichte	<100/cm²	500–1000/cm²
Energieverbrauch	80–120 kWh/kg	50–80 kWh/kg
Typische Anwendungen	Optische Fenster/große Wafer	LED-Substrate/Schmuck

Wichtige Anwendungen

1. Optoelektronische Fenster
• Militärische IR-Kuppeln (Durchlässigkeit >85 % bei 3–5 μm)
• UV-Laserfenster (halten einer Leistungsdichte von 200 W/cm² stand)

2. Halbleitersubstrate
• GaN-Epitaxie-Wafer (2–8 Zoll, TTV <10 μm)
• SOI-Substrate (Oberflächenrauheit <0,2 nm)

3. Unterhaltungselektronik
• Smartphone-Kamera-Abdeckglas (Mohshärte 9)
• Smartwatch-Displays (10-fache Verbesserung der Kratzfestigkeit)

4. Spezialmaterialien
• Hochreine IR-Optik (Absorptionskoeffizient <10⁻³ cm⁻¹)
• Beobachtungsfenster für Kernreaktoren (Strahlungstoleranz: 10¹⁶ n/cm²)

Vorteile der Saphirkristall-Züchtungsausrüstung von Kyropoulos (KY)

Die auf der Kyropoulos-Methode (KY) basierende Anlage zur Züchtung von Saphirkristallen bietet einzigartige technische Vorteile und stellt damit eine innovative Lösung für die industrielle Produktion dar. Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:

1. Fähigkeit zur Herstellung großer Durchmesser: Kann Saphirkristalle mit einem Durchmesser von bis zu 12 Zoll (300 mm) züchten und ermöglicht so eine ertragreiche Produktion von Wafern und optischen Komponenten für fortschrittliche Anwendungen wie GaN-Epitaxie und Fenster in Militärqualität.

2. Ultraniedrige Defektdichte: Erreicht Versetzungsdichten von <100/cm² durch optimiertes thermisches Felddesign und präzise Temperaturgradientensteuerung und gewährleistet so eine überlegene Kristallintegrität für optoelektronische Geräte.

3. Hochwertige optische Leistung: Bietet eine Transmission von >85 % über den gesamten sichtbaren bis infraroten Bereich (400–5500 nm), entscheidend für UV-Laserfenster und Infrarotoptiken.

4. Erweiterte Automatisierung: Verfügt über servogesteuerte Zugmechanismen (Präzision ±0,01 mm) und Rotationsdichtungen mit magnetischer Flüssigkeit (stufenlose Steuerung von 0–30 U/min), wodurch menschliche Eingriffe minimiert und die Konsistenz verbessert werden.

5. Flexible Dotierungsoptionen: Unterstützt die individuelle Anpassung mit Dotierstoffen wie Cr³⁰ (für Rubin) und Ti³⁰ (für Sternsaphir) und bedient Nischenmärkte in der Optoelektronik und Schmuckbranche.

6. Energieeffizienz: Eine optimierte Wärmedämmung (Wolfram-Molybdän-Tiegel) reduziert den Energieverbrauch auf 80–120 kWh/kg und ist damit konkurrenzfähig zu alternativen Wachstumsmethoden.

7. Skalierbare Produktion: Erreicht eine monatliche Produktion von über 5.000 Wafern mit schnellen Zykluszeiten (8–10 Tage für 30–40 kg Kristalle), bestätigt durch über 200 Installationen weltweit.

8. Haltbarkeit nach Militärstandard: Enthält strahlungsbeständige Designs und hitzebeständige Materialien (halten 10¹⁶ N/cm² stand), unverzichtbar für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Nuklearbereich.
Diese Innovationen festigen die KY-Methode als Goldstandard für die Herstellung von Hochleistungs-Saphirkristallen und treiben Fortschritte in der 5G-Kommunikation, im Quantencomputing und in der Verteidigungstechnologie voran.

XKH-Dienste

XKH bietet umfassende Komplettlösungen für Saphirkristall-Züchtungssysteme, einschließlich Installation, Prozessoptimierung und Mitarbeiterschulung, um eine nahtlose Betriebsintegration zu gewährleisten. Wir liefern über 50 vorvalidierte Züchtungsrezepte, die auf unterschiedliche industrielle Anforderungen zugeschnitten sind und so die Forschungs- und Entwicklungszeit unserer Kunden deutlich verkürzen. Für spezielle Anwendungen ermöglichen kundenspezifische Entwicklungsdienstleistungen die Anpassung von Hohlräumen (Φ200–400 mm) und fortschrittlichen Dotierungssystemen (Cr/Ti/Ni) und unterstützen leistungsstarke optische Komponenten und strahlungsresistente Materialien.

Zu den Mehrwertdienstleistungen gehören Nachbearbeitungen wie Schneiden, Schleifen und Polieren sowie ein umfassendes Sortiment an Saphirprodukten wie Wafern, Rohren und Edelsteinrohlingen. Dieses Angebot deckt Branchen von der Unterhaltungselektronik bis zur Luft- und Raumfahrt ab. Unser technischer Support garantiert eine 24-monatige Garantie und Echtzeit-Ferndiagnose, um minimale Ausfallzeiten und eine nachhaltige Produktionseffizienz zu gewährleisten.