Equipamento para crescimento de lingotes de safira Método Czochralski CZ para produção de wafers de safira de 2 a 12 polegadas

Descrição curta:

O Equipamento de Crescimento de Lingotes de Safira (Método Czochralski) é um sistema de ponta projetado para o crescimento de monocristais de safira de alta pureza e baixa taxa de defeitos. O método Czochralski (CZ) permite o controle preciso da velocidade de extração dos cristais-semente (0,5–5 mm/h), da taxa de rotação (5–30 rpm) e dos gradientes de temperatura em um cadinho de irídio, produzindo cristais axissimétricos de até 300 mm de diâmetro. Este equipamento suporta o controle da orientação dos cristais no plano C/A, permitindo o crescimento de safira de grau óptico, grau eletrônico e dopada (por exemplo, rubi Cr³⁺, safira estrela Ti³⁺).

A XKH fornece soluções completas, incluindo personalização de equipamentos (produção de wafers de 2 a 12 polegadas), otimização de processos (densidade de defeitos <100/cm²) e treinamento técnico, com uma produção mensal de mais de 5.000 wafers para aplicações como substratos de LED, epitaxia de GaN e encapsulamento de semicondutores.

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Características

Princípio de funcionamento

O método CZ opera através das seguintes etapas:
1. Fusão de matérias-primas: Al₂O₃ de alta pureza (pureza >99,999%) é fundido em um cadinho de irídio a 2050–2100°C.
2. Introdução do Cristal Semente: Um cristal semente é inserido no fundido, seguido por uma rápida tração para formar um pescoço (diâmetro <1 mm) para eliminar deslocamentos.
3. Formação do ombro e crescimento em massa: a velocidade de extração é reduzida para 0,2–1 mm/h, expandindo gradualmente o diâmetro do cristal até o tamanho alvo (por exemplo, 4–12 polegadas).
4. Recozimento e resfriamento: O cristal é resfriado a 0,1–0,5 °C/min para minimizar o surgimento de rachaduras induzidas por estresse térmico.
5. Tipos de cristais compatíveis:
Grau eletrônico: substratos semicondutores (TTV <5 μm)
Grau óptico: janelas de laser UV (transmitância >90% a 200 nm)
Variantes dopadas: Rubi (concentração de Cr³⁺ 0,01–0,5% em peso), tubos de safira azul

Componentes principais do sistema

1. Sistema de Fusão
Cadinho de irídio: Resistente a 2300°C, resistente à corrosão, compatível com grandes fundidos (100–400 kg).
Forno de aquecimento por indução: controle de temperatura independente em várias zonas (±0,5°C), gradientes térmicos otimizados.

2. Sistema de Puxada e Rotação
Servomotor de alta precisão: Resolução de tração 0,01 mm/h, concentricidade rotacional <0,01 mm.
Selo de fluido magnético: Transmissão sem contato para crescimento contínuo (>72 horas).

3. Sistema de controle térmico
Controle PID de malha fechada: ajuste de potência em tempo real (50–200 kW) para estabilizar o campo térmico.
Proteção contra gás inerte: mistura Ar/N₂ (99,999% de pureza) para evitar oxidação.

4. Automação e Monitoramento
Monitoramento do diâmetro do CCD: feedback em tempo real (precisão ±0,01 mm).
Termografia infravermelha: monitora a morfologia da interface sólido-líquido.

Comparação dos métodos CZ e KY

Parâmetro	Método CZ	Método KY
Tamanho máximo do cristal	12 polegadas (300 mm)	400 mm (lingote em forma de pêra)
Densidade de defeitos	<100/cm²	<50/cm²
Taxa de crescimento	0,5–5 mm/h	0,1–2 mm/h
Consumo de energia	50–80 kWh/kg	80–120 kWh/kg
Aplicações	Substratos de LED, epitaxia GaN	Janelas ópticas, grandes lingotes
Custo	Moderado (alto investimento em equipamentos)	Alto (processo complexo)

Principais aplicações

1. Indústria de Semicondutores
Substratos epitaxiais de GaN: wafers de 2 a 8 polegadas (TTV <10 μm) para microLEDs e diodos laser.
Wafers SOI: Rugosidade de superfície <0,2 nm para chips integrados em 3D.

2. Optoeletrônica
Janelas de laser UV: suportam densidade de potência de 200 W/cm² para óptica litográfica.
Componentes infravermelhos: Coeficiente de absorção <10⁻³ cm⁻¹ para imagens térmicas.

3. Eletrônicos de consumo
Capas para câmeras de smartphones: dureza Mohs 9, melhoria de 10× na resistência a arranhões.
Telas de smartwatch: Espessura 0,3–0,5 mm, transmitância >92%.

4. Defesa e Aeroespacial
Janelas do reator nuclear: Tolerância à radiação de até 10¹⁶ n/cm².
Espelhos de laser de alta potência: Deformação térmica <λ/20@1064 nm.

Serviços da XKH

1. Personalização de equipamentos
Projeto de câmara escalável: configurações de Φ200–400 mm para produção de wafers de 2–12 polegadas.
Flexibilidade de dopagem: suporta dopagem de terras raras (Er/Yb) e metais de transição (Ti/Cr) para propriedades optoeletrônicas personalizadas.

2. Suporte de ponta a ponta
Otimização de processos: receitas pré-validadas (mais de 50) para LED, dispositivos de RF e componentes resistentes à radiação.
Rede global de serviços: diagnóstico remoto 24 horas por dia, 7 dias por semana e manutenção no local com garantia de 24 meses.

3. Processamento a jusante
Fabricação de wafers: fatiamento, trituração e polimento de wafers de 2 a 12 polegadas (plano C/A).
Produtos com Valor Agregado:
Componentes ópticos: janelas UV/IR (espessura de 0,5–50 mm).
Materiais de qualidade para joias: rubi Cr³⁺ (certificado pelo GIA), safira estrela Ti³⁺.

4. Liderança Técnica
Certificações: wafers compatíveis com EMI.
Patentes: Patentes principais em inovação de métodos CZ.

Conclusão

O equipamento do método CZ oferece compatibilidade em grandes dimensões, taxas de defeitos ultrabaixas e alta estabilidade de processo, tornando-o referência no setor para aplicações em LED, semicondutores e defesa. A XKH oferece suporte abrangente desde a implantação do equipamento até o processamento pós-crescimento, permitindo que os clientes alcancem uma produção de cristal de safira de alto desempenho e com boa relação custo-benefício.