Lassen Sie die Strahlungserkennung die Präzision iterativ verbessern. Der Entwickler von Halbleitermaterial Cadmium-Zink-Tellurid (CZT), "Hefei Tianyao", hat eine Serie-A-Finanzierung im Wert von mehreren Millionen Yuan abgeschlossen | Exklusivbericht von 36Kr

Text | Zhang Bingbing

Redaktion | A Zhi

36Kr hat erfahren, dass die Hefei Tianyao New Material Technology Co., Ltd. (im Folgenden als "Hefei Tianyao" bezeichnet) kürzlich die Abschluss einer Serie-A-Finanzierung im Wert von mehreren Millionen Yuan angekündigt hat. Die Leitung der Finanzierung übernahm die Houxue Capital, während die Zhongxin Juyuan und die Guoyuan Fund als Mitinvestoren beteiligt waren. Die Mittel werden hauptsächlich für die Erweiterung der Produktionslinien und die Produktentwicklung, die Erschließung ausländischer Märkte sowie die Integration von Detektoren im unteren Bereich verwendet.

"Hefei Tianyao" wurde im April 2020 gegründet und befindet sich im Wirtschaftszentrum von Hefei. Es ist ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf die Forschung, Produktion und den Verkauf von Halbleitermaterialien der dritten Generation konzentriert. Die Kernprodukte sind Cadmium-Zink-Tellurid (CdZnTe)-Substrate und -Bauteile. Derzeit werden hochwertige Indiumphosphid (InP)- und Aluminiumnitrid (AlN)-Halbleiterprodukte entwickelt. Das Unternehmen strebt danach, die technologische Monopolstellung von Europa, den USA und Japan zu brechen und die Eigenständigkeit und Kontrolle von hochwertigen Halbleitermaterialien in China zu erreichen.

"Hefei Tianyao" nutzt die selbst entwickelte "Multi-Temperatur-Zone-Ziehmethode (LEC-VGF-Methode)", um die Massenproduktion von 4- bis 6-Zoll-Einkristallbarren zu ermöglichen. Dadurch ist es eines der wenigen Unternehmen weltweit, das die Technologie zur gerichteten Einkristallzucht von 6-Zoll-CdZnTe beherrscht. Derzeit werden die Produkte bereits in großen Mengen an Kunden aus Bereichen wie medizinischen Bildgebungsgeräten ausgeliefert.

I. Warum ist die Herstellung von CdZnTe-Substraten so schwierig, wenn die Ausschussquote normalerweise nur 10% beträgt?

Cadmium-Zink-Tellurid ist ein wichtiges Halbleitermaterial. Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften wie hohem spezifischen Widerstand, breitem Bandabstand und starker Strahlungsabsorptionsfähigkeit ist es in Bereichen wie Infrarotdetektion und Strahlungsdetektion ein wichtiges "Goldmaterial".

Die Herstellung von CdZnTe-Kristallen erfordert jedoch äußerst strenge Bedingungen. Normalerweise sind ein Hochtemperatur- und Hochdruckumfeld, ein komplexer chemischer Reaktionsprozess sowie präzise Parameterkontrolle erforderlich. Dies führt dazu, dass trotz der systematischen Forschung seit den 1950er Jahren immer noch mehrere technische Hindernisse für die Massenproduktion von hochwertigen CdZnTe-Materialien bestehen.

"CdZnTe gehört zu den schwierigsten Materialien in der Kristallherstellung." So beschreibt der Gründer von "Hefei Tianyao", Pang Hao, die Schwierigkeit seiner Herstellung. Physikalisch gesehen erzeugt CdZnTe beim Erstarren eine relativ große Wärmemenge, und die Barriere für die Entstehung von Defekten ist relativ niedrig. Bei der Herstellung von CdZnTe-Kristallen mit der traditionellen Schmelzziehmethode ist es schwierig, die Wärme innerhalb der Schmelze zu leiten, und die Substanzen homogen zu verteilen. Dies führt unvermeidlich zu verschiedenen Defekten, die die elektrischen und optischen Eigenschaften des Kristalls beeinträchtigen und somit die Schlüsselparameter wie Auflösung, Leitfähigkeit und Detektionsempfindlichkeit des Detektors beeinflussen. Bisher war nur ein japanisches Unternehmen in der Lage, die stabile Massenproduktion von großformatigen CdZnTe-Kristallen zu realisieren.

Pang Hao ist der Meinung, dass die größte Herausforderung darin besteht, den Mechanismus des Materials zu verstehen: "Warum treten auf Mechanismusebene Probleme mit niedriger Leistung auf? Wie können diese mikroskopischen Defekte mit verschiedenen Energieniveaus gleichmäßig kontrolliert werden? Nach dem Verständnis des Mechanismus können wir durch unsere einzigartige Technologie Forschungserfolge erzielen."

CdZnTe-Materialien sind sehr empfindlich und stark von Prozessschwankungen abhängig. Seit seiner Gründung hat "Hefei Tianyao" ständig die Produktionsprozesse angepasst und schließlich die selbst entwickelte "Multi-Temperatur-Zone-Ziehmethode (LEC-VGF-Methode)" eingesetzt, um die Massenproduktion von 4- bis 6-Zoll-Einkristallbarren zu ermöglichen. Somit ist es eines der wenigen Unternehmen weltweit, das die Technologie zur Zucht von 6-Zoll-CdZnTe-Einkristallen beherrscht und hat eine Lücke auf dem chinesischen Markt geschlossen.

4-Zoll-Waferprodukte von "Hefei Tianyao"

Nach Ansicht von Pang Hao ist die stabile Massenproduktion die Kernbarriere: "Dies kann nicht einfach durch Geld und Zeit erreicht werden. Auf der Grundlage solider Technologien erfordert es auch Inspiration, um Fortschritte zu erzielen. Die technologischen Barrieren sind relativ hoch." Im Bereich von CdZnTe bedeutet "stabile Massenproduktion", dass die Ausschussquote der Produkte auf einem stabilen Niveau liegen muss. Laut Angaben liegt die durchschnittliche Ausschussquote in der Branche bei etwa 10%, wenn der gesamte Prozess von der Beschaffung der Rohstoffe bis zur Fertigstellung des Produkts berücksichtigt wird. Die japanischen Unternehmen können dies jedoch auf 50% - 60% bringen. "Hefei Tianyao" erreicht derzeit bereits eine Ausschussquote von über 50%.

"Unabhängig davon, ob es sich um die medizinische oder die Strahlungsdetektion handelt, ist der Kernpunkt aller Anwendungen die Kosten. Im Bereich der Strahlungsdetektion war der CdZnTe-Detektor früher zehnmal teurer als andere Szintillationsdetektoren, weshalb er nicht eingesetzt werden konnte. Wenn wir jedoch den Preis des Detektors auf ein Zehntel reduzieren und gleichzeitig die Detektionsgenauigkeit um das Zehnfache verbessern können, wird dies zu einer Iteration der Strahlungsdetektoren führen. Der gesamte Markt für Strahlungsdetektoren hat ein Volumen von mehreren Milliarden Yuan." so resümierte Pang Hao.

II. Als hochwertiges Material für Photon-CT-Detektoren führt es zu einer Iteration der Strahlungsdetektion

Im Bereich der Strahlungsdetektion werden traditionell verschiedene Szintillationskristalle wie Natriumiodid und BGO verwendet. Das Prinzip besteht darin, dass nach Bestrahlung die Szintillationskristalle die Röntgenstrahlung in Licht umwandeln, und dann wird das Licht von Silizium-Photodioden oder anderen Leseschaltungen in Elektronen umgewandelt. Die Umwandlung des Signals führt unvermeidlich zu Informationsverlusten und Einschränkungen, was die Genauigkeit der Detektion beeinträchtigt.

Eine Lösung mit hoher Genauigkeit ist die Verwendung von Halbleitersensoren aus hochreinem Germanium (HPGe), die auf 13N-hochreinen Germaniumeinkristallen basieren. Die hohe Reinheit gewährleistet die Empfindlichkeit und die Energieauflösung des Detektors und reduziert die Störung des Signals durch Verunreinigungen. Dies macht es zur "Goldstandard" für die Analyse von Gamma-Spektren. Allerdings arbeiten diese Sensoren normalerweise bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (-196°C) und werden daher hauptsächlich in Spitzenforschungsprojekten wie Kernkraftwerken und der Detektion von Dunklem Materie eingesetzt.

CdZnTe-Kristalle sind aufgrund ihrer Fähigkeit zur Gamma-Strahlungsdetektion das ideale Material für die Herstellung von Röntgen- und Gamma-Detektoren bei Raumtemperatur. CdZnTe-Kristalle können bei Raumtemperatur direkt Röntgen- und Gamma-Photonen in Elektronen umwandeln und können eine Intensität von zwei Millionen Photonen pro Millimeter und Sekunde verarbeiten. Gleichzeitig ist die Strahlendosis geringer, und es können auch Elemente identifiziert werden, was eine Verbesserung gegenüber der traditionellen Bildgebung darstellt.

Derzeit sind Photon-CTs mit CdZnTe- und Cadmiumtellurid (CdTe)-Detektoren bereits in der Klinik. Laut Berichten hat das Photonenzähl-CT von Siemens Healthineers von Anfang 2025 bis Ende Juli bereits fast 10 medizinische Einrichtungen gewonnen, mit einem Gesamtbetrag von 475 Millionen Yuan und einem Preis von fast 50 Millionen Yuan pro Gerät. Das von der United Imaging Healthcare unabhängig entwickelte Photonenzähl-CT ist bereits in der Zhongshan Hospital und der Ruijin Hospital installiert und hat die klinischen Tests und die medizinische Forschung begonnen.

"Wir haben endlich eine Iteration in der Strahlungsdetektion erreicht." sagte Pang Hao. "Hefei Tianyao" muss diese Chance nutzen und sich bemühen, ein zentraler Lieferant zu werden. Derzeit wird "Hefei Tianyao" bereits in kleinen Mengen an medizinischen Anwendungen geliefert und Proben an mehrere führende medizinische Hersteller ausgeliefert. Es wird erwartet, dass die Produktion im nächsten Jahr stark ansteigen wird.

In Bezug auf den Umsatz erreichte "Hefei Tianyao" im Jahr 2024 einen Umsatz von mehreren Millionen Yuan. Es wird erwartet, dass der Umsatz im Jahr dieses Jahres sich verdoppeln wird. Um die Lieferung der bereits vereinbarten Aufträge zu gewährleisten, wurde im Juni in Hefei die Produktion erweitert. Nach der Erweiterung beträgt der Wert der Produktionslinie fast 100 Millionen Yuan. Es wird erwartet, dass in Zukunft die Fläche auf 10.000 Quadratmeter erweitert wird und der Umsatz sich verdoppelt.

In Bezug auf die zukünftige Planung wird "Hefei Tianyao" die stabile Massenproduktion von CdZnTe-Substraten weiter optimieren, die Forschung und Entwicklung von Indiumphosphid (InP)- und Aluminiumnitrid (AlN)-Halbleiterprodukten vorantreiben, die Herstellung von Bauteilen verbessern und die Erschließung ausländischer Märkte sowie die Integration von Detektoren im unteren Bereich fortsetzen.

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Dieser Artikel stammt aus dem WeChat-Account "36Kr Future Industries". Autoren: Zhang Bingbing, A Zhi. Veröffentlicht von 36Kr mit Genehmigung.