البلورات المفردة نادرة في الطبيعة، وحتى عند وجودها، تكون عادةً صغيرة جدًا - عادةً بمقياس المليمتر (mm) - ويصعب الحصول عليها. لا يدخل الماس والزمرد والعقيق، وما إلى ذلك، المُعلن عنه، في السوق عمومًا، ناهيك عن التطبيقات الصناعية؛ حيث يُعرض معظمها في المتاحف. ومع ذلك، تتمتع بعض البلورات المفردة بقيمة صناعية كبيرة، مثل السيليكون أحادي البلورة في صناعة الدوائر المتكاملة، والياقوت المستخدم عادةً في العدسات البصرية، وكربيد السيليكون، الذي يكتسب زخمًا في أشباه الموصلات من الجيل الثالث. إن القدرة على إنتاج هذه البلورات المفردة صناعيًا بكميات كبيرة لا تُمثل قوة في التكنولوجيا الصناعية والعلمية فحسب، بل تُعتبر أيضًا رمزًا للثروة. الشرط الأساسي لإنتاج البلورات المفردة في الصناعة هو الحجم الكبير، لأنه مفتاح خفض التكاليف بشكل أكثر فعالية. فيما يلي بعض البلورات المفردة الشائعة في السوق:
1. الياقوت أحادي البلورة
يشير مصطلح بلورة الياقوت الأحادية إلى α-Al₂O₃، الذي يتميز بنظام بلوري سداسي، وصلابة موس 9، وخصائص كيميائية مستقرة. وهو غير قابل للذوبان في السوائل الحمضية أو القلوية المسببة للتآكل، ومقاوم لدرجات الحرارة العالية، ويتميز بنفاذية ممتازة للضوء، وموصلية حرارية، وعزل كهربائي.
إذا استُبدلت أيونات الألومنيوم في البلورة بأيونات التيتانيوم والحديد، فإنها تبدو زرقاء اللون وتُسمى ياقوتًا. وإذا استُبدلت بأيونات الكروم، فإنها تبدو حمراء اللون وتُسمى ياقوتًا أحمر. أما الياقوت الصناعي، فهو ياقوت نقي α-Al₂O₃، عديم اللون وشفاف، وخالٍ من الشوائب.
عادةً ما يكون الياقوت الصناعي على شكل رقائق، بسمك يتراوح بين 400 و700 ميكرومتر، وقطر يتراوح بين 4 و8 بوصات. تُعرف هذه الرقائق بالرقائق، وتُقطع من سبائك بلورية. يظهر أدناه سبيكة حديثة الاستخراج من فرن بلوري أحادي، لم تُصقل أو تُقطع بعد.
في عام ٢٠١٨، نجحت شركة جينغهوي للإلكترونيات في منغوليا الداخلية في إنتاج أكبر بلورة ياقوت فائقة الحجم في العالم، وزنها ٤٥٠ كجم. وكانت أكبر بلورة ياقوت عالميًا سابقًا بلورة وزنها ٣٥٠ كجم، صُنعت في روسيا. وكما هو موضح في الصورة، تتميز هذه البلورة بشكلها المنتظم، وشفافيتها التامة، وخالية من الشقوق والزوايا الحبيبية، وقليلة الفقاعات.
2. السيليكون أحادي البلورة
حاليًا، تتراوح نقاوة السيليكون أحادي البلورة المستخدم في رقائق الدوائر المتكاملة بين 99.9999999% و99.9999999999% (9-11 تسعة)، ويجب أن تحافظ سبيكة السيليكون التي تزن 420 كجم على بنية مثالية تشبه الماس. في الطبيعة، حتى الماس الذي يزن قيراطًا واحدًا (200 ملغ) نادر نسبيًا.
تُهيمن خمس شركات كبرى على الإنتاج العالمي لسبائك السيليكون أحادية البلورة: شين-إيتسو اليابانية (28.0%)، وسومكو اليابانية (21.9%)، وجلوبال ويفر التايوانية (15.1%)، وإس كي سيلترون الكورية الجنوبية (11.6%)، وسيلترونيك الألمانية (11.3%). حتى أكبر مُصنّع لرقائق أشباه الموصلات في الصين القارية، NSIG، لا تستحوذ إلا على حوالي 2.3% من حصة السوق. ومع ذلك، وبصفتها وافدًا جديدًا، لا ينبغي الاستهانة بإمكانياتها. في عام 2024، تُخطط NSIG للاستثمار في مشروع لتطوير إنتاج رقائق السيليكون بسمك 300 مم للدوائر المتكاملة، باستثمار إجمالي يُقدر بـ 13.2 مليار ين.
باعتبارها المادة الخام للرقائق، تتطور سبائك السيليكون أحادية البلورة عالية النقاء من أقطار 6 بوصات إلى 12 بوصة. تُصنّع مصانع الرقائق العالمية الرائدة، مثل TSMC وGlobalFoundries، رقائق السيليكون من رقائق السيليكون بقياس 12 بوصة، وهي السائدة في السوق، بينما يتم التخلص تدريجيًا من رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات. لا تزال شركة SMIC الرائدة محليًا تستخدم رقائق السيليكون بقياس 6 بوصات بشكل أساسي. حاليًا، شركة SUMCO اليابانية هي الوحيدة القادرة على إنتاج ركائز رقائق السيليكون عالية النقاء بقياس 12 بوصة.
3. زرنيخيد الغاليوم
تُعد رقائق زرنيخيد الغاليوم (GaAs) مادة شبه موصلة مهمة، ويُعد حجمها معلمة بالغة الأهمية في عملية التحضير.
حاليًا، تُنتج رقائق GaAs عادةً بأحجام ٢، ٣، ٤، ٦، ٨، و١٢ بوصة. من بين هذه الأحجام، تُعد رقائق ٦ بوصات من أكثر المواصفات استخدامًا.
يبلغ الحد الأقصى لقطر البلورات المفردة المُنمّاة بطريقة بريدجمان الأفقي (HB) عادةً 3 بوصات، بينما تُنتج طريقة تشوكرالسكي المُغلّفة بالسائل (LEC) بلورات مفردة يصل قطرها إلى 12 بوصة. مع ذلك، يتطلب نمو LEC تكاليف معدات عالية، ويُنتج بلورات غير متجانسة وكثافة خلع عالية. أما طريقتا التجميد المتدرج الرأسي (VGF) وبريدجمان الرأسي (VB) حاليًا، فتُنتجان بلورات مفردة يصل قطرها إلى 8 بوصات، ببنية متجانسة نسبيًا وكثافة خلع أقل.
تُتقن ثلاث شركات بشكل رئيسي تقنية إنتاج رقائق زرنيخيد الغاليوم المصقولة شبه العازلة بقياس 4 و6 بوصات: شركة سوميتومو للصناعات الكهربائية اليابانية، وشركة فرايبرجر للمواد المركبة الألمانية، وشركة AXT الأمريكية. وبحلول عام 2015، استحوذت الركائز بقياس 6 بوصات على أكثر من 90% من حصة السوق.
في عام 2019، هيمنت شركات فرايبرجر، وسوميتومو، وبكين تونغمي على سوق ركائز زرنيخ الغاليوم العالمي، بحصص سوقية بلغت 28%، و21%، و13% على التوالي. ووفقًا لتقديرات شركة يولي الاستشارية، بلغت المبيعات العالمية لركائز زرنيخ الغاليوم (المُحوّلة إلى ما يعادلها بقياس بوصتين) حوالي 20 مليون قطعة في عام 2019، ومن المتوقع أن تتجاوز 35 مليون قطعة بحلول عام 2025. وقُدّرت قيمة سوق ركائز زرنيخ الغاليوم العالمي بحوالي 200 مليون دولار أمريكي في عام 2019، ومن المتوقع أن تصل إلى 348 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 9.67% بين عامي 2019 و2025.
4. كربيد السيليكون أحادي البلورة
حاليًا، يدعم السوق نمو بلورات كربيد السيليكون (SiC) المفردة بقطر بوصتين وثلاث بوصات. وقد أعلنت العديد من الشركات عن نجاح نمو بلورات كربيد السيليكون المفردة من النوع 4H بقطر 4 بوصات، مما يُمثل إنجازًا للصين في مجال تكنولوجيا نمو بلورات كربيد السيليكون عالميًا. ومع ذلك، لا تزال هناك فجوة كبيرة قبل التسويق التجاري.
عمومًا، تتميز سبائك كربيد السيليكون المُنتَجة بطرق الطور السائل بصغر حجمها نسبيًا، حيث يبلغ سمكها سنتيمترًا واحدًا. وهذا أيضًا سبب ارتفاع تكلفة رقائق كربيد السيليكون.
تتخصص شركة XKH في البحث والتطوير والمعالجة المُخصصة لمواد أشباه الموصلات الأساسية، بما في ذلك الياقوت، وكربيد السيليكون (SiC)، ورقائق السيليكون، والسيراميك، مُغطيةً بذلك سلسلة القيمة الكاملة، بدءًا من نمو البلورات ووصولًا إلى التصنيع الدقيق. بالاستفادة من قدراتنا الصناعية المتكاملة، نُقدم رقائق ياقوت عالية الأداء، وركائز كربيد السيليكون، ورقائق سيليكون فائقة النقاء، مدعومةً بحلول مُصممة خصيصًا، مثل القطع المُخصص، وطلاء الأسطح، وتصنيع الأشكال الهندسية المُعقدة، لتلبية المتطلبات البيئية القاسية في أنظمة الليزر، وتصنيع أشباه الموصلات، وتطبيقات الطاقة المُتجددة.
نلتزم بمعايير الجودة، وتتميز منتجاتنا بدقة متناهية، وثبات حراري يصل إلى 1500 درجة مئوية، ومقاومة فائقة للتآكل، مما يضمن موثوقية عالية في ظروف التشغيل القاسية. كما نوفر ركائز الكوارتز، والمواد المعدنية وغير المعدنية، ومكونات أخرى من فئة أشباه الموصلات، مما يتيح انتقالًا سلسًا من مرحلة النماذج الأولية إلى مرحلة الإنتاج الضخم لعملائنا في مختلف القطاعات.
وقت النشر: ٢٩ أغسطس ٢٠٢٥