قبل فترة، نشر جيه دي بليفنز من مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية (AFRL) تقريرًا يعرض عملية تطوير صناعة كربيد السيليكون الأمريكية.

بحسب التقارير، تُجري جامعة ولاية كارولينا الشمالية أبحاثًا حول نمو كربيد السيليكون بالتسامي منذ فترة طويلة، ولديها عدد من براءات الاختراع الرئيسية.تم تأسيس شركة Cree-Research رسمياً في عام 1987.في عام 1991، أصبحت أول شركة توفر كربيد السيليكون تجارياً.

الشكل 1. ركيزة Cree25mm 6H-SiC ورقاقة Lely 6H-SiC.

بالإضافة إلى مركز أبحاث كري، في أوائل التسعينيات،مركز ويستنجهاوس للتكنولوجيا وشركة المواد التكنولوجية المتقدمة (ATMI)كما أنهم يشاركون بنشاط في أبحاث وتطوير كربيد السيليكون.

لكن،كانت الأبحاث المبكرة حول نمو كربيد السيليكون بالتسامي مليئة بالصعود والهبوط.هناك العديد من التحديات التقنية التي يصعب التغلب عليها، بما في ذلك الأنابيب الدقيقة، والتطعيم، والتحكم في تعدد الأشكال، وتوسيع القطر، وعيوب البلورات.

أطلقت شركة Cree-Research رقائق السيليكون كاربيد 6H بقطر 25 مم في عام 1991 ورقائق السيليكون كاربيد 4H بقطر 50 مم في عام 1998. على الرغم من وجود العديد من الموردين الذين ينتجون منتجات مماثلة،الأسعار باهظة للغاية، وكثافة الأنابيب الدقيقة تتجاوز 100 سم-2 .

الشكل 2. موردو ومواصفات بلورات كربيد السيليكون أحادية البلورة بتقنية التسامي المبكر.

In order to promote wider commercialization of SiC, the U.S. Defense Production Act of 1999"Title III Plan"في إطار توفير رأس المال اللازم لبدء تشغيل صناعة كربيد السيليكون، منحت القوات الجوية الأمريكية "عقود تقاسم التكاليف" لثلاث شركات.بما في ذلك شركات Cree-Research و Sterling (ATMI) و Litton-Airtron،الهدف هو توسيع قطر ركيزة كربيد السيليكون إلى 75 مم وتحسين جودة البلورة.

ابتداءً من عام 2002، وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة الأمريكيةخطة WBGSكما يولي اهتماماً كبيراً لتطوير مواد أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة،حصلت كل من شركتي كري وستيرلينغ على عقود ذات صلة.The goal is to expand N-type and semi-insulating SiC substrate diameters to 100mm and reduce microtube density to less than 1cm-2.

لكن ليس كل الشركات التي تتلقى تمويلاً تحقق أداءً جيداً.

ديسمبر 2000،صناعات ليتونwas sold at a price of US$3.8 billion (approximately 24.5 billion yuan) or US$80 per share.شركة نورثروب غرومانالاستحواذ. في نهاية عام 2001، قسم البحث والتطوير في شركة ليتون-إيرترون لتصنيع كربيد السيليكونتم الاستحواذ عليها من قبل المجموعة الثانية - السادسة.

في عام 2002، وبعد أسابيع قليلة من حصولها على عقد داربا،الجنيه الإسترلينيأعلنت شركة يوني رويال، الشركة الأم لشركة يوني رويال، إفلاسها، مما أدى إلى خروج الكوادر الفنية الرئيسية.استحوذت شركة داو كورنينج على شركة ستيرلنج على الفور.

و،لم يحقق تطوير تقنية كربيد السيليكون في المراحل المبكرة أهداف خطة العقد.كما ترون في الصورة أدناه، فإن جودة منتجات شركة Cree أفضل بكثير من منافسيها.

الشكل 4. صور الاستقطاب المتقاطع لـ Cree 75mm و DOW 75mm و II-VI 50mm 4HN SiC (أعلى) و SiC شبه العازل (أسفل)، حوالي عام 2002.

في عام 2005، انتهى دعم داربا لركائز كربيد السيليكون بشكل أساسي.Only Cree shows strong signs of accelerating the commercialization of SiC substrates. At that time, Dow Corning's research and development was still struggling, and II-VI's progress was also very slow.

وفي وقت لاحق، ركزت داربا استثماراتها بشكل رئيسي على مفاتيح الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون وأجهزة الترددات اللاسلكية المصنوعة من نتريد الغاليوم، والتي استفادت منها أعمال الركائز الخاصة بشركة كري.

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، واصلت شركة كري ريادتها في تطوير وترويج تقنية ركائز كربيد السيليكون. ومن خلال التكامل الرأسي، تمكنت من إحداث تحسينات مباشرة في جودة المواد من خلال تلبية الطلب الداخلي.But this also means that their substrate and epitaxy customers are also their main competitors.

The United States believes thatيوجد مورد واحد فقط لركائز كربيد السيليكون، مما قد يعيق تطور الصناعة.يُعد موردو ركائز السيليكون كاربيد النقي عنصراً أساسياً في التطوير طويل الأجل والتسويق التجاري لتقنيات أجهزة السيليكون كاربيد والجاليوم نتريد.

لذلك، من عام 2003 إلى عام 2017،AFRL has provided 4 large contracts to II-VI Company, totaling more than 350 million yuan.

الهدف الرئيسي من العقدين الأولين هو توسيع قطر 4HN SiC إلى 100 مم.ومع ذلك، في ذلك الوقت، كانت منطقة الحافة شبه العازلة 6H SiC في II-VI التي يبلغ طولها 100 مم مغطاة بحبيبات متكونة وعيوب أخرى.تصل كثافة الأنابيب الدقيقة إلى 117 سم-2(الصورة أدناه).

لذلك، مع دعم البنود من الثاني إلى السادس،AFRL also supports Intrinsic in developing SiC.Intrinsic is made bySبعد الاستحواذ على تيرلينغمن بين الموظفين الرئيسيين.

أثبتت شركة Intrinsic بسرعة ونجاح جودة عالية لرقائق السيليكون كاربيد بحجم 100 مم في أقل من عامين.والأهم من ذلك، أنه في سبتمبر 2005، تولت شركة Intrinsic زمام المبادرة في إصدارأنابيب دقيقة صفرية (ZMPTM) 4HN SiC(الصورة أدناه).

لكن في يوليو 2006،شركة كري تستحوذ على شركة إنترينسيكفي عام 2007، أصدرت شركة Cree رقائق SiC 4HN ZMPTM بقياس 100 مم، ورقائق SiC شبه العازلة بقياس 100 مم.

لحسن الحظكما تم إحراز تقدم في مجال البحث والتطوير في الفئة العمرية من الثانية إلى السادسة،يخرج2003-2010خلال هذه الفترة، قامت شركة II-VI بتوسيع قطر البلورة من 50 مم إلى 100 مم، كما أصدرت أيضًا 100 مم من 4HNSiC و SiC شبه العازل.

التعليق: ركيزة من السيليكون كاربيد شبه العازل من النوع 6H بقطر 100 مم من النوع II-VI (أعلى) وركيزة SiC 4HN مقاس 100 مم (أسفل).

في نهاية عام 2010، وقّع مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية (AFRL) أكبر عقد له مع شركة II-VI——أكثر من 20 مليون دولار أمريكي (حوالي 130 مليون يوان)، مع التركيز على التطوير والتسويقكربيد السيليكون 4HN بقطر 6 بوصات وكربيد السيليكون 6H شبه العازل، بالإضافة إلى التوسع المستمر في القطر حتى 8 بوصات.

Since receiving the funding, II-VI has made significant investments in facilities and equipment, including expanding its New Jersey facility and establishing two manufacturing facilities in Mississippi.

في نهاية المطاف، تعتمد شركة II-VI على براءة اختراعها الحصريةالنقل الفيزيائي المتقدم للبخار (APVT) والنقل المحوري المتدرج (AGT)تقنية نمو البلورات،تم تحقيق أهداف إنتاج بلورات أحادية من كربيد السيليكون بحجم 6 بوصات و8 بوصات.

عرضت شركة II-VI أنابيب دقيقة خالية من الأنابيب الدقيقة من نوع 6H شبه عازلة و 150 مم من نوع 4HN SiC في عامي 2013 و 2014 على التوالي؛ يوليو 2015،أصبحت أول شركة تعرض شاشة 8 بوصة من نوع 4HN SiC.

في مارس 2017، منحت مختبرات أبحاث القوات الجوية الأمريكية شركة II-VI عقدًا رابعًا لمدة خمس سنوات.تمويل حكومي بقيمة 12 مليون دولار أمريكي (ما يعادل 774.8 مليار يوان صيني تقريبًا)يركز هذا العمل على تحسين كفاءة التصنيع، وتقليل العيوب، وخفض التكاليف.لنمو وتصنيع 200 مم من كربيد السيليكون 4HN وكربيد السيليكون شبه العازل.

These defect-free large-diameter crystals were grown using a new fully automated growth platform, and II-VI successfully reduced the dislocation density of 200mm 4HN SiC toتم تقليصها إلى 1881 سم مربع،الذي - التييتضمن كثافة لولبية تبلغ 598 سم-2 وكثافة قاعدة تبلغ 272 سم-2.

فيما يتعلق بكربيد السيليكون شبه العازل، تستخدم مجموعة II-VI تعويض الفاناديوم لإدخال مستويات طاقة عميقة داخل فجوة النطاق.نحن المورد الوحيد في السوق لمركب كربيد السيليكون شبه العازل المطعّم بالفاناديوم، مع مقاومتها القابلة للتكرار والموحدة للغاية والتي تتجاوز 1011 أوم·سم.

أكتوبر 2019،II-VI demonstrated 200 mm 6H semi-insulating SiC for the first time in the industry.

على مدى السنوات الماضية 30،وزارة الدفاع الأمريكية تمول أكثر من 100,000 ألف دولار لأشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريضمليار دولار أمريكي (ما يعادل 6.457 مليار يوان تقريبًا), it can be said that a whole new industry was born.شركات مثل Cree Research و Westinghouse و Northrop-Grumman و ATMI و Sterling و Litton-Airtron و Dow و Intrinsic، بعضها تم الاستحواذ عليه وبعضها اختفى.ووولفسبيد-كري، الجزء الثاني - السادس "الفائز يأخذ كل شيء"،الحصة السوقية العالمية المجمعة الحالية للشركتينأكثر من 70٪.

في السنوات الأخيرة، ومع نمو الطلب التجاري والعسكري على كربيد السيليكون بسرعة، واصلت هاتان الشركتان أيضًا توسيع الإنتاج.في سبتمبر 2019، أعلنت شركة وولفسبيد-كري التزامها بالاستثمار1 مليار دولاربناء أكبر منشأة في العالم لتصنيع طاقة السيليكون كاربايد ووحدات الترددات اللاسلكية.وتواصل شركة II-VI توسيع قدرتها التصنيعية في نيوجيرسي وبنسلفانيا وماساتشوستس.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "اتجاهات الجيل الثالث لأشباه الموصلات". لا تمثل هذه المقالة سوى وجهة نظر الكاتب الشخصية، ولا تعكس بالضرورة آراء شركة ساكو مايكرو أو قطاع أشباه الموصلات. يُسمح بإعادة نشرها ومشاركتها فقط لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم الكاتب عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.