Equipo de crecimiento de lingotes de zafiro. Método Czochralski CZ para la producción de obleas de zafiro de 2 a 12 pulgadas.

Descripción breve:

El equipo de crecimiento de lingotes de zafiro (método Czochralski) es un sistema de vanguardia diseñado para el crecimiento de monocristales de zafiro de alta pureza y baja incidencia de defectos. El método Czochralski (CZ) permite un control preciso de la velocidad de extracción del cristal semilla (0,5–5 mm/h), la velocidad de rotación (5–30 rpm) y los gradientes de temperatura en un crisol de iridio, produciendo cristales axisimétricos de hasta 300 mm (12 pulgadas) de diámetro. Este equipo permite el control de la orientación del cristal en el plano C/A, lo que permite el crecimiento de zafiro de grado óptico, grado electrónico y dopado (p. ej., rubí Cr³⁺, zafiro estrella Ti³⁺).

XKH ofrece soluciones integrales, que incluyen personalización de equipos (producción de obleas de 2 a 12 pulgadas), optimización de procesos (densidad de defectos <100/cm²) y capacitación técnica, con una producción mensual de más de 5000 obleas para aplicaciones como sustratos de LED, epitaxia de GaN y empaquetado de semiconductores.

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Características

Principio de funcionamiento

El método CZ funciona mediante los siguientes pasos:
1. Fusión de materias primas: El Al₂O₃ de alta pureza (pureza >99,999 %) se funde en un crisol de iridio a 2050–2100 °C.
2. Introducción del cristal semilla: se baja un cristal semilla hasta la masa fundida y luego se tira rápidamente para formar un cuello (diámetro <1 mm) para eliminar dislocaciones.
3. Formación de hombros y crecimiento masivo: la velocidad de tracción se reduce a 0,2-1 mm/h, expandiendo gradualmente el diámetro del cristal hasta el tamaño objetivo (por ejemplo, 4-12 pulgadas).
4. Recocido y enfriamiento: El cristal se enfría a 0,1–0,5 °C/min para minimizar el agrietamiento inducido por el estrés térmico.
5. Tipos de cristales compatibles:
Grado electrónico: Sustratos semiconductores (TTV <5 μm)
Grado óptico: ventanas láser UV (transmitancia >90% a 200 nm)
Variantes dopadas: Rubí (concentración de Cr³⁺ 0,01–0,5 % en peso), tubo de zafiro azul

Componentes principales del sistema

1. Sistema de fusión
Crisol de iridio: Resistente hasta 2300 °C, resistente a la corrosión, compatible con grandes fundidos (100–400 kg).
Horno de calentamiento por inducción: Control de temperatura independiente multizona (±0,5°C), gradientes térmicos optimizados.

2. Sistema de Tracción y Rotación
Servomotor de alta precisión: Resolución de tracción 0,01 mm/h, concentricidad rotacional <0,01 mm.
Sello de fluido magnético: Transmisión sin contacto para un crecimiento continuo (>72 horas).

3. Sistema de control térmico
Control de lazo cerrado PID: Ajuste de potencia en tiempo real (50–200 kW) para estabilizar el campo térmico.
Protección de gas inerte: Mezcla Ar/N₂ (99,999% de pureza) para evitar la oxidación.

4. Automatización y Monitoreo
Monitoreo de diámetro CCD: retroalimentación en tiempo real (precisión ±0,01 mm).
Termografía infrarroja: monitorea la morfología de la interfaz sólido-líquido.

Comparación de los métodos CZ y KY

Parámetro	Método CZ	Método KY
Tamaño máximo del cristal	12 pulgadas (300 mm)	400 mm (lingote en forma de pera)
Densidad de defectos	<100/cm²	<50/cm²
Tasa de crecimiento	0,5–5 mm/h	0,1–2 mm/h
Consumo de energía	50–80 kWh/kg	80–120 kWh/kg
Aplicaciones	Sustratos LED, epitaxia de GaN	Ventanas ópticas, lingotes grandes
Costo	Moderado (alta inversión en equipo)	Alto (proceso complejo)

Aplicaciones clave

1. Industria de semiconductores
Sustratos epitaxiales de GaN: obleas de 2 a 8 pulgadas (TTV <10 μm) para micro-LED y diodos láser.
Obleas SOI: Rugosidad superficial <0,2 nm para chips integrados en 3D.

2. Optoelectrónica
Ventanas láser UV: soportan una densidad de potencia de 200 W/cm² para óptica litográfica.
Componentes infrarrojos: Coeficiente de absorción <10⁻³ cm⁻¹ para imágenes térmicas.

3. Electrónica de consumo
Cubiertas para cámara de teléfono inteligente: dureza Mohs 9, mejora de la resistencia al rayado 10 veces.
Pantallas de relojes inteligentes: Grosor 0,3–0,5 mm, transmitancia >92%.

4. Defensa y aeroespacial
Ventanas de reactores nucleares: Tolerancia a la radiación hasta 10¹⁶ n/cm².
Espejos láser de alta potencia: Deformación térmica <λ/20 a 1064 nm.

Servicios de XKH

1. Personalización del equipo
Diseño de cámara escalable: configuraciones de Φ200 a 400 mm para producción de obleas de 2 a 12 pulgadas.
Flexibilidad de dopaje: admite dopaje de tierras raras (Er/Yb) y metales de transición (Ti/Cr) para obtener propiedades optoelectrónicas personalizadas.

2. Soporte de extremo a extremo
Optimización de procesos: recetas prevalidadas (más de 50) para LED, dispositivos RF y componentes endurecidos por radiación.
Red de servicio global: diagnóstico remoto 24/7 y mantenimiento en sitio con garantía de 24 meses.

3. Procesamiento posterior
Fabricación de obleas: corte, rectificado y pulido de obleas de 2 a 12 pulgadas (plano C/A).
Productos de valor añadido:
Componentes ópticos: Ventanas UV/IR (espesor 0,5–50 mm).
Materiales de calidad de joyería: Rubí Cr³⁺ (certificado por GIA), zafiro estrella Ti³⁺.

4. Liderazgo técnico
Certificaciones: Obleas compatibles con EMI.
Patentes: Patentes principales en innovación del método CZ.

Conclusión

El equipo del método CZ ofrece compatibilidad con grandes dimensiones, tasas de defectos ultrabajas y alta estabilidad del proceso, lo que lo convierte en el referente de la industria para aplicaciones de LED, semiconductores y defensa. XKH ofrece soporte integral desde la implementación del equipo hasta el procesamiento posterior al crecimiento, lo que permite a los clientes lograr una producción de cristal de zafiro rentable y de alto rendimiento.