Four de croissance de cristaux de saphir KY Méthode Kyropoulos pour la production de plaquettes de saphir et de fenêtres optiques

Brève description :

Cet équipement de croissance de cristaux de saphir utilise la méthode Kyropoulos (KY), leader international, spécialement conçue pour la croissance de monocristaux de saphir de grand diamètre et à faible défaut. La méthode KY permet un contrôle précis de l'extraction des germes cristallins, de la vitesse de rotation et des gradients de température, permettant la croissance de cristaux de saphir jusqu'à 300 mm de diamètre à haute température (2000–2200 °C). Les systèmes KY de XKH sont largement utilisés dans la production industrielle de plaquettes de saphir de 5 à 300 mm de diamètre (plan C/A) et de fenêtres optiques, avec une production mensuelle de 20 unités. L'équipement prend en charge les procédés de dopage (par exemple, le dopage au Cr³⁰ pour la synthèse du rubis) et offre une qualité cristalline optimale avec :

Densité de dislocations <100/cm²

Transmission > 85 % à 400–5 500 nm

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Caractéristiques

Principe de fonctionnement

Le principe de base de la méthode KY consiste à fondre des matières premières Al₂O₃ de haute pureté dans un creuset en tungstène/molybdène à 2050 °C. Un germe cristallin est immergé dans le bain, puis soumis à un retrait contrôlé (0,5 à 10 mm/h) et à une rotation (0,5 à 20 tr/min) pour obtenir la croissance directionnelle de monocristaux d'α-Al₂O₃. Les principales caractéristiques sont les suivantes :

• Cristaux de grandes dimensions (max. Φ400 mm × 500 mm)
• Saphir de qualité optique à faible contrainte (distorsion du front d'onde <λ/8 à 633 nm)
• Cristaux dopés (par exemple, dopage Ti³⁰ pour le saphir étoilé)

Composants du système de base

1. Système de fusion à haute température
• Creuset composite tungstène-molybdène (temp. max. 2300°C)
• Chauffage graphite multizone (contrôle de température ±0,5°C)

2. Système de croissance cristalline
• Mécanisme de traction servo-entraîné (précision ± 0,01 mm)
• Joint rotatif à fluide magnétique (régulation de vitesse en continu de 0 à 30 tr/min)

3. Contrôle du champ thermique
• Contrôle de température indépendant à 5 zones (1800–2200 °C)
• Bouclier thermique réglable (gradient de ±2°C/cm)
• Système de vide et d'atmosphère
• Vide poussé de 10⁻⁴ Pa
• Contrôle du gaz mixte Ar/N₂/H₂

4. Surveillance intelligente
• Surveillance du diamètre des cristaux en temps réel par CCD
• Détection multispectrale du niveau de fusion

Comparaison des méthodes KY et CZ

Paramètre	Méthode KY	Méthode CZ
Taille maximale des cristaux	Φ400 mm	Φ200 mm
Taux de croissance	5–15 mm/h	20–50 mm/h
Densité des défauts	<100/cm²	500–1000/cm²
Consommation d'énergie	80–120 kWh/kg	50–80 kWh/kg
Applications typiques	Fenêtres optiques/grandes plaquettes	Substrats LED/bijoux

Applications clés

1. Fenêtres optoélectroniques
• Dômes IR militaires (transmittance > 85 % à 3–5 μm)
• Fenêtres laser UV (résistent à une densité de puissance de 200 W/cm²)

2. Substrats semi-conducteurs
• Plaquettes épitaxiales GaN (2 à 8 pouces, TTV < 10 μm)
• Substrats SOI (rugosité de surface < 0,2 nm)

3. Électronique grand public
• Verre de protection pour appareil photo de smartphone (dureté Mohs 9)
• Écrans de montres intelligentes (amélioration de la résistance aux rayures 10×)

4. Matériaux spécialisés
• Optique IR haute pureté (coefficient d'absorption <10⁻³ cm⁻¹)
• Fenêtres d'observation du réacteur nucléaire (tolérance aux radiations : 10¹⁶ n/cm²)

Avantages de l'équipement de croissance de cristaux de saphir Kyropoulos (KY)

L'équipement de croissance de cristaux de saphir basé sur la méthode Kyropoulos (KY) offre des avantages techniques inégalés, ce qui en fait une solution de pointe pour la production industrielle. Parmi ses principaux avantages :

1. Capacité de grand diamètre : capable de faire croître des cristaux de saphir jusqu'à 12 pouces (300 mm) de diamètre, permettant une production à haut rendement de plaquettes et de composants optiques pour des applications avancées telles que l'épitaxie GaN et les fenêtres de qualité militaire.

2. Densité de défauts ultra-faible : atteint des densités de dislocations < 100/cm² grâce à une conception optimisée du champ thermique et un contrôle précis du gradient de température, garantissant une intégrité cristalline supérieure pour les dispositifs optoélectroniques.

3. Performances optiques de haute qualité : offre une transmittance > 85 % sur les spectres visibles à infrarouges (400–5 500 nm), essentielle pour les fenêtres laser UV et les optiques infrarouges.

4. Automatisation avancée : Comprend des mécanismes de traction servo-entraînés (précision de ± 0,01 mm) et des joints rotatifs à fluide magnétique (contrôle continu de 0 à 30 tr/min), minimisant l'intervention humaine et améliorant la cohérence.

5. Options de dopage flexibles : prend en charge la personnalisation avec des dopants comme Cr³⁰ (pour le rubis) et Ti³⁰ (pour le saphir étoilé), répondant aux marchés de niche de l'optoélectronique et de la bijouterie.

6. Efficacité énergétique : L’isolation thermique optimisée (creuset en tungstène-molybdène) réduit la consommation d’énergie à 80–120 kWh/kg, compétitive par rapport aux méthodes de croissance alternatives.

7. Production évolutive : atteint une production mensuelle de plus de 5 000 plaquettes avec des temps de cycle rapides (8 à 10 jours pour des cristaux de 30 à 40 kg), validés par plus de 200 installations mondiales.

8. Durabilité de niveau militaire : intègre des conceptions résistantes aux radiations et des matériaux résistants à la chaleur (résiste à 10¹⁶ n/cm²), essentiels pour les applications aérospatiales et nucléaires.
Ces innovations consolident la méthode KY comme référence absolue pour la production de cristaux de saphir haute performance, favorisant les avancées dans les communications 5G, l'informatique quantique et les technologies de défense.

Services XKH

XKH propose des solutions clés en main complètes pour les systèmes de croissance de cristaux de saphir, incluant l'installation, l'optimisation des procédés et la formation du personnel afin de garantir une intégration opérationnelle transparente. Nous fournissons des recettes de croissance pré-validées (plus de 50) adaptées aux divers besoins industriels, réduisant ainsi considérablement le temps de R&D de nos clients. Pour les applications spécialisées, nos services de développement sur mesure permettent la personnalisation des cavités (Φ200–400 mm) et l'utilisation de systèmes de dopage avancés (Cr/Ti/Ni), compatibles avec les composants optiques hautes performances et les matériaux résistants aux radiations.

Nos services à valeur ajoutée incluent les traitements post-croissance tels que le tranchage, la rectification et le polissage, ainsi qu'une gamme complète de produits en saphir tels que plaquettes, tubes et ébauches de pierres précieuses. Ces offres s'adressent à des secteurs allant de l'électronique grand public à l'aéronautique. Notre support technique offre une garantie de 24 mois et des diagnostics à distance en temps réel, garantissant des temps d'arrêt minimaux et une efficacité de production durable.