Ausrüstung zum Züchten von Saphir-Ingots Czochralski-CZ-Methode zur Herstellung von 2- bis 12-Zoll-Saphir-Wafern

Ausrüstung für das Wachstum von Saphir-Ingots Czochralski-CZ-Methode zur Herstellung von 2- bis 12-Zoll-Saphir-Wafern Ausgewähltes Bild

Kurze Beschreibung:

Die Anlage zur Saphir-Ingot-Züchtung (Czochralski-Methode) ist ein hochmodernes System für die Züchtung hochreiner, defektarmer Saphir-Einkristalle. Die Czochralski-Methode (CZ) ermöglicht die präzise Steuerung der Ziehgeschwindigkeit (0,5–5 mm/h), der Rotationsgeschwindigkeit (5–30 U/min) und der Temperaturgradienten in einem Iridiumtiegel und erzeugt rotationssymmetrische Kristalle mit einem Durchmesser von bis zu 300 mm. Die Anlage unterstützt die Steuerung der C/A-Ebenen-Kristallorientierung und ermöglicht so die Züchtung von optischem und elektronischem Saphir sowie dotiertem Saphir (z. B. Cr³⁺-Rubin, Ti³⁺-Sternsaphir).

XKH bietet End-to-End-Lösungen, darunter Geräteanpassung (2–12-Zoll-Waferproduktion), Prozessoptimierung (Defektdichte <100/cm²) und technische Schulungen, mit einer monatlichen Produktion von über 5.000 Wafern für Anwendungen wie LED-Substrate, GaN-Epitaxie und Halbleiterverpackungen.

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Merkmale

Funktionsprinzip

Die CZ-Methode läuft in den folgenden Schritten ab:
1. Schmelzen der Rohstoffe: Hochreines Al₂O₃ (Reinheit >99,999 %) wird in einem Iridiumtiegel bei 2050–2100 °C geschmolzen.
2. Einführung des Impfkristalls: Ein Impfkristall wird in die Schmelze abgesenkt und anschließend schnell gezogen, um einen Hals (Durchmesser < 1 mm) zu bilden und Versetzungen zu vermeiden.
3. Schulterbildung und Massenwachstum: Die Ziehgeschwindigkeit wird auf 0,2–1 mm/h reduziert, wodurch der Kristalldurchmesser allmählich auf die Zielgröße (z. B. 4–12 Zoll) erweitert wird.
4. Glühen und Abkühlen: Der Kristall wird mit 0,1–0,5 °C/min abgekühlt, um durch thermische Spannung verursachte Risse zu minimieren.
5. Kompatible Kristalltypen:
Elektronische Qualität: Halbleitersubstrate (TTV <5 μm)
Optische Qualität: UV-Laserfenster (Durchlässigkeit >90 % bei 200 nm)
Dotierte Varianten: Rubin (Cr³⁺-Konzentration 0,01–0,5 Gew.%), blaue Saphirröhren

Kernsystemkomponenten

1. Schmelzsystem
Iridiumtiegel: Beständig bis 2300 °C, korrosionsbeständig, kompatibel mit großen Schmelzen (100–400 kg).
Induktionsheizofen: Unabhängige Mehrzonen-Temperaturregelung (±0,5 °C), optimierte Wärmegradienten.

2. Zug- und Rotationssystem
Hochpräziser Servomotor: Zugauflösung 0,01 mm/h, Rundlaufgenauigkeit <0,01 mm.
Magnetische Flüssigkeitsdichtung: Berührungslose Übertragung für kontinuierliches Wachstum (>72 Stunden).

3. Wärmekontrollsystem
PID-Regelung: Leistungsanpassung in Echtzeit (50–200 kW) zur Stabilisierung des Wärmefelds.
Schutz durch Inertgas: Ar/N₂-Gemisch (99,999 % Reinheit) zur Vermeidung von Oxidation.

4. Automatisierung und Überwachung
CCD-Durchmesserüberwachung: Echtzeit-Feedback (Genauigkeit ±0,01 mm).
Infrarot-Thermografie: Überwacht die Morphologie der Fest-Flüssig-Grenzfläche.

Vergleich der CZ- und KY-Methode

Parameter	CZ-Methode	KY-Methode
Max. Kristallgröße	12 Zoll (300 mm)	400 mm (birnenförmiger Barren)
Defektdichte	<100/cm²	<50/cm²
Wachstumsrate	0,5–5 mm/h	0,1–2 mm/h
Energieverbrauch	50–80 kWh/kg	80–120 kWh/kg
Anwendungen	LED-Substrate, GaN-Epitaxie	Optische Fenster, große Barren
Kosten	Mäßig (hohe Ausrüstungsinvestitionen)	Hoch (komplexer Prozess)

Wichtige Anwendungen

1. Halbleiterindustrie
GaN-Epitaxiesubstrate: 2–8-Zoll-Wafer (TTV <10 μm) für Mikro-LEDs und Laserdioden.
SOI-Wafer: Oberflächenrauheit <0,2 nm für 3D-integrierte Chips.

2. Optoelektronik
UV-Laserfenster: Halten einer Leistungsdichte von 200 W/cm² für Lithografieoptiken stand.
Infrarotkomponenten: Absorptionskoeffizient <10⁻³ cm⁻¹ für Wärmebildgebung.

3. Unterhaltungselektronik
Smartphone-Kamera-Abdeckungen: Mohshärte 9, 10-fache Verbesserung der Kratzfestigkeit.
Smartwatch-Displays: Dicke 0,3–0,5 mm, Lichtdurchlässigkeit >92 %.

4. Verteidigung und Luft- und Raumfahrt
Kernreaktorfenster: Strahlungstoleranz bis zu 10¹⁶ n/cm².
Hochleistungslaserspiegel: Thermische Verformung <λ/20@1064 nm.

XKHs Dienstleistungen

1. Anpassung der Ausrüstung
Skalierbares Kammerdesign: Φ200–400 mm-Konfigurationen für die 2–12-Zoll-Waferproduktion.
Dotierungsflexibilität: Unterstützt die Dotierung mit Seltenen Erden (Er/Yb) und Übergangsmetallen (Ti/Cr) für maßgeschneiderte optoelektronische Eigenschaften.

2. End-to-End-Support
Prozessoptimierung: Vorvalidierte Rezepte (50+) für LED, HF-Geräte und strahlungsgehärtete Komponenten.
Weltweites Service-Netzwerk: 24/7 Ferndiagnose und Vor-Ort-Wartung mit 24 Monaten Garantie.

3. Weiterverarbeitung
Waferherstellung: Schneiden, Schleifen und Polieren von 2–12-Zoll-Wafern (C/A-Ebene).
Mehrwertprodukte:
Optische Komponenten: UV/IR-Fenster (0,5–50 mm Dicke).
Schmuckmaterialien: Cr³⁺-Rubin (GIA-zertifiziert), Ti³⁺-Sternsaphir.

4. Technische Führung
Zertifizierungen: EMI-konforme Wafer.
Patente: Kernpatente zur CZ-Methodeninnovation.

Abschluss

Die CZ-Methode bietet Kompatibilität mit großen Abmessungen, extrem niedrige Fehlerraten und hohe Prozessstabilität und setzt damit den Branchenmaßstab für LED-, Halbleiter- und Verteidigungsanwendungen. XKH bietet umfassende Unterstützung von der Gerätebereitstellung bis zur Nachbearbeitung und ermöglicht Kunden so eine kostengünstige und leistungsstarke Saphirkristallproduktion.