Équipement de croissance de lingots de saphir, méthode Czochralski CZ pour la production de plaquettes de saphir de 2 à 12 pouces

Brève description :

L'équipement de croissance de lingots de saphir (méthode Czochralski) est un système de pointe conçu pour la croissance de monocristaux de saphir de haute pureté et à faible défaut. La méthode Czochralski (CZ) permet un contrôle précis de la vitesse d'extraction des cristaux germes (0,5 à 5 mm/h), de la vitesse de rotation (5 à 30 tr/min) et des gradients de température dans un creuset en iridium, produisant des cristaux axisymétriques jusqu'à 300 mm de diamètre. Cet équipement prend en charge le contrôle de l'orientation des cristaux dans le plan C/A, permettant la croissance de saphirs de qualité optique, de qualité électronique et dopés (par exemple, rubis Cr³⁺, saphir étoilé Ti³⁺).

XKH fournit des solutions de bout en bout, y compris la personnalisation des équipements (production de plaquettes de 2 à 12 pouces), l'optimisation des processus (densité de défauts < 100/cm²) et la formation technique, avec une production mensuelle de plus de 5 000 plaquettes pour des applications telles que les substrats LED, l'épitaxie GaN et le conditionnement de semi-conducteurs.

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Caractéristiques

Principe de fonctionnement

La méthode CZ fonctionne selon les étapes suivantes :
1. Fusion des matières premières : De l'Al₂O₃ de haute pureté (pureté > 99,999 %) est fondu dans un creuset en iridium à 2050–2100 °C.
2. Introduction au cristal germe : Un cristal germe est abaissé dans la masse fondue, suivi d'une traction rapide pour former un col (diamètre < 1 mm) afin d'éliminer les dislocations.
3. Formation d'épaulement et croissance en vrac : la vitesse de traction est réduite à 0,2–1 mm/h, augmentant progressivement le diamètre du cristal jusqu'à la taille cible (par exemple, 4–12 pouces).
4. Recuit et refroidissement : le cristal est refroidi à 0,1–0,5 °C/min pour minimiser les fissures induites par les contraintes thermiques.
5. Types de cristaux compatibles :
Qualité électronique : substrats semi-conducteurs (TTV < 5 μm)
Qualité optique : fenêtres laser UV (transmittance > 90 % à 200 nm)
Variantes dopées : Rubis (concentration en Cr³⁺ 0,01–0,5 % en poids), tube en saphir bleu

Composants du système de base

1. Système de fusion
Creuset en iridium : Résistant jusqu'à 2 300 °C, résistant à la corrosion, compatible avec les grandes masses fondues (100 à 400 kg).
Four de chauffage par induction : Contrôle de température indépendant multizone (±0,5°C), gradients thermiques optimisés.

2. Système de traction et de rotation
Servomoteur de haute précision : résolution de traction 0,01 mm/h, concentricité de rotation < 0,01 mm.
Joint magnétique fluide : Transmission sans contact pour une croissance continue (> 72 heures).

3. Système de contrôle thermique
Contrôle en boucle fermée PID : réglage de la puissance en temps réel (50–200 kW) pour stabiliser le champ thermique.
Protection par gaz inerte : mélange Ar/N₂ (pureté 99,999 %) pour éviter l'oxydation.

4. Automatisation et surveillance
Surveillance du diamètre CCD : retour en temps réel (précision ± 0,01 mm).
Thermographie infrarouge : surveille la morphologie de l'interface solide-liquide.

Comparaison des méthodes CZ et KY

Paramètre	Méthode CZ	Méthode KY
Taille maximale des cristaux	12 pouces (300 mm)	400 mm (lingot en forme de poire)
Densité des défauts	<100/cm²	<50/cm²
Taux de croissance	0,5–5 mm/h	0,1–2 mm/h
Consommation d'énergie	50–80 kWh/kg	80–120 kWh/kg
Applications	Substrats LED, épitaxie GaN	Fenêtres optiques, grands lingots
Coût	Modéré (investissement en équipement élevé)	Élevé (processus complexe)

Applications clés

1. Industrie des semi-conducteurs
Substrats épitaxiaux GaN : plaquettes de 2 à 8 pouces (TTV < 10 μm) pour micro-LED et diodes laser.
Wafers SOI : Rugosité de surface < 0,2 nm pour les puces intégrées en 3D.

2. Optoélectronique
Fenêtres laser UV : résistent à une densité de puissance de 200 W/cm² pour l'optique de lithographie.
Composantes infrarouges : Coefficient d'absorption <10⁻³ cm⁻¹ pour l'imagerie thermique.

3. Électronique grand public
Coques pour appareil photo de smartphone : dureté Mohs 9, amélioration de la résistance aux rayures 10×.
Écrans de montres intelligentes : épaisseur 0,3–0,5 mm, transmittance > 92 %.

4. Défense et aérospatiale
Fenêtres de réacteur nucléaire : tolérance aux radiations jusqu'à 10¹⁶ n/cm².
Miroirs laser haute puissance : déformation thermique <λ/20@1064 nm.

Services de XKH

1. Personnalisation de l'équipement
Conception de chambre évolutive : configurations Φ200–400 mm pour la production de plaquettes de 2 à 12 pouces.
Flexibilité de dopage : prend en charge le dopage aux terres rares (Er/Yb) et aux métaux de transition (Ti/Cr) pour des propriétés optoélectroniques sur mesure.

2. Assistance de bout en bout
Optimisation des processus : recettes pré-validées (plus de 50) pour les LED, les dispositifs RF et les composants durcis aux radiations.
Réseau de service mondial : diagnostic à distance 24h/24 et 7j/7 et maintenance sur site avec une garantie de 24 mois.

3. Traitement en aval
Fabrication de plaquettes : tranchage, meulage et polissage pour plaquettes de 2 à 12 pouces (plan C/A).
Produits à valeur ajoutée :
Composants optiques : Fenêtres UV/IR (épaisseur 0,5–50 mm).
Matériaux de qualité joaillerie : rubis Cr³⁺ (certifié GIA), saphir étoilé Ti³⁺.

4. Leadership technique
Certifications : Plaquettes conformes EMI.
Brevets : Brevets fondamentaux dans l'innovation de la méthode CZ.

Conclusion

L'équipement CZ offre une compatibilité avec les grandes dimensions, des taux de défauts extrêmement faibles et une grande stabilité du processus, ce qui en fait la référence du secteur pour les applications LED, semi-conducteurs et défense. XKH offre un accompagnement complet, du déploiement de l'équipement au traitement post-croissance, permettant à ses clients de produire des cristaux de saphir à la fois rentables et performants.