サファイア結晶成長炉 KY Kyropoulos法によるサファイアウエハーおよび光学窓製造
動作原理
KY法の基本原理は、高純度Al₂O₃原料をタングステン/モリブデンるつぼで2050℃で溶融することです。種結晶を溶融液に投入し、制御された引上げ速度（0.5～10mm/h）と回転速度（0.5～20rpm）により、α-Al₂O₃単結晶を方向性を持って成長させます。主な特徴は以下のとおりです。
• 大型結晶（最大Φ400 mm × 500 mm）
• 低応力光学グレードサファイア（波面歪み <λ/8 @ 633 nm）
• ドープ結晶（例：スターサファイアのTi³⁰ドーピング）
コアシステムコンポーネント
1. 高温溶解システム
• タングステンモリブデン複合るつぼ（最高温度2300℃）
• マルチゾーングラファイトヒーター（±0.5°Cの温度制御）
2. 結晶成長システム
• サーボ駆動式引き機構（精度±0.01 mm）
• 磁性流体回転シール（0～30 rpmの無段階速度調節）
3. 熱場制御
• 5ゾーン独立温度制御（1800～2200℃）
• 調節可能なヒートシールド（±2°C/cmの勾配）
• 真空・雰囲気システム
• 10⁻⁴ Paの高真空
• Ar/N₂/H₂混合ガス制御
4. インテリジェントモニタリング
• CCDリアルタイム結晶直径モニタリング
• マルチスペクトル溶融レベル検出
KY法とCZ法の比較
| パラメータ | KY法 | CZ法 |
| 最大結晶サイズ | Φ400mm | Φ200mm |
| 成長率 | 5～15 mm/時 | 20～50 mm/時 |
| 欠陥密度 | <100/cm² | 500～1000個/cm² |
| エネルギー消費 | 80～120 kWh/kg | 50～80kWh/kg |
| 代表的な用途 | 光学窓/大型ウェーハ | LED基板/ジュエリー |
主な用途
1. 光電子窓
• 軍用赤外線ドーム（透過率 >85%@3～5 μm）
• UVレーザーウィンドウ（200 W/cm²の電力密度に耐える）
2. 半導体基板
• GaNエピタキシャルウエハ（2～8インチ、TTV <10 μm）
• SOI基板（表面粗さ<0.2 nm）
3. 家電製品
• スマートフォンカメラカバーガラス（モース硬度9）
• スマートウォッチのディスプレイ（傷に対する耐性が10倍向上）
4. 特殊材料
• 高純度IR光学系（吸収係数<10⁻³ cm⁻¹）
• 原子炉観測窓（放射線耐性：10¹⁶ n/cm²）
Kyropoulos（KY）サファイア結晶成長装置の利点
キロプロス（KY）法に基づくサファイア結晶成長装置は、比類のない技術的利点を備えており、工業規模生産における最先端ソリューションとして位置付けられています。主な利点は以下のとおりです。
1. 大口径能力：最大直径12インチ（300 mm）のサファイア結晶を成長させることができ、GaNエピタキシーや軍用グレードのウィンドウなどの高度な用途向けのウェーハや光学部品の高歩留まり生産を可能にします。
2. 超低欠陥密度：最適化された熱場設計と正確な温度勾配制御により、100/cm²未満の転位密度を実現し、光電子デバイスの優れた結晶完全性を保証します。
3. 高品質の光学性能：可視から赤外線スペクトル（400～5500 nm）全体で85%を超える透過率を実現し、UVレーザーウィンドウや赤外線光学系に不可欠です。
4. 高度な自動化：サーボ駆動の引き抜き機構（精度±0.01 mm）と磁性流体回転シール（0～30 rpmの無段階制御）を備えており、人的介入を最小限に抑え、一貫性を高めます。
5. 柔軟なドーピング オプション：Cr³⁰（ルビー用）や Ti³⁰（スターサファイア用）などのドーパントを使用したカスタマイズをサポートし、オプトエレクトロニクスやジュエリーのニッチ市場に対応します。
6. エネルギー効率：最適化された断熱材（タングステンモリブデンるつぼ）により、エネルギー消費量が 80～120 kWh/kg に削減され、他の成長方法と競争力が向上します。
7. スケーラブルな生産：世界200か所以上の施設で検証され、迅速なサイクルタイム（30～40 kgの結晶で8～10日）で月間5,000枚以上のウェハ生産を実現します。
8. ミリタリーグレードの耐久性：航空宇宙および原子力用途に不可欠な耐放射線設計と耐熱材料（10¹⁶ n/cm²に耐える）を採用しています。
これらのイノベーションにより、KY 法は高性能サファイア結晶を製造するためのゴールド スタンダードとしての地位を確立し、5G 通信、量子コンピューティング、防衛技術の進歩を促進します。
XKHサービス
XKHは、サファイア結晶成長システム向けに、設置、プロセス最適化、そしてシームレスな運用統合を実現するスタッフトレーニングを含む包括的なターンキーソリューションを提供しています。多様な産業ニーズに合わせてカスタマイズされた、検証済みの成長レシピ（50種類以上）を提供することで、お客様の研究開発時間を大幅に短縮します。特殊な用途向けには、カスタム開発サービスを通じて、キャビティのカスタマイズ（Φ200～400 mm）や高度なドーピングシステム（Cr/Ti/Ni）を提供し、高性能光学部品や耐放射線材料の開発をサポートします。
付加価値サービスには、スライス、研削、研磨といった成長後処理に加え、ウェーハ、チューブ、宝石用原石といった幅広いサファイア製品も含まれています。これらのサービスは、民生用電子機器から航空宇宙まで、幅広い分野に対応しています。当社の技術サポートは、24ヶ月の保証とリアルタイムのリモート診断を保証し、ダウンタイムを最小限に抑え、生産効率の維持を実現します。
