Vor einiger Zeit veröffentlichte JD Blevins vom US Air Force Research Laboratory (AFRL) einen Bericht, in dem er den Entwicklungsprozess der US-amerikanischen SiC-Industrie vorstellte.

Berichten zufolge forscht die North Carolina State University bereits seit Langem an der Sublimationsabscheidung von SiC. Sie hält eine Reihe wichtiger Patente.Cree-Research wurde offiziell im Jahr 1987 gegründet.Im Jahr 1991 war es das erste Unternehmen, das kommerzielles Siliziumkarbid anbot.

Abbildung 1. Cree25mm 6H-SiC-Substrat und 6H-SiC Lely-Wafer.

In addition to Cree-Research, in the early 1990s,Westinghouse Technology Center und Advanced Technology Materials Inc. (ATMI)Sie sind außerdem aktiv an der SiC-Forschung und -Entwicklung beteiligt.

Ziel,Die frühen Forschungen zum Sublimationswachstum von SiC verliefen mit vielen Höhen und Tiefen.Es gibt verschiedene technische Herausforderungen, die schwer zu bewältigen sind, darunter Mikrorohrbildung, Dotierung, Polytypkontrolle, Durchmessererweiterung und Kristallfehler.

Cree Research brachte 1991 einen 25-mm-6H-SiC-Chip und 1998 einen 50-mm-4H-SiC-Chip auf den Markt. Obwohl es mehrere Anbieter gibt, die ähnliche Produkte herstellen,Die Preise sind sehr hoch, und die Dichte der Mikrotubuli übersteigt 100 cm⁻².-2 。

Abbildung 2. Frühe Lieferanten und Spezifikationen von sublimiertem Siliciumcarbid-Einkristall.

Um eine breitere Kommerzialisierung von SiC zu fördern, wurde der US Defense Production Act von 1999 verabschiedet.„Title III Plan“Um der SiC-Industrie dringend benötigtes Startkapital bereitzustellen, hat die US-Luftwaffe drei Unternehmen mit „Kostenbeteiligungsverträgen“ unterstützt.Einschließlich Cree-Research, Sterling (ATMI) und Litton-Airtron,Ziel ist es, den Durchmesser des SiC-Substrats auf 75 mm zu vergrößern und die Kristallqualität zu verbessern.

Ab 2002 die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects AgencyWBGS-PlanLegt außerdem großen Wert auf die Entwicklung von Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke.Sowohl Cree als auch Sterling erhielten entsprechende Aufträge.Ziel ist es, die Durchmesser von N-leitenden und halbisolierenden SiC-Substraten auf 100 mm zu erweitern und die Mikroröhrchendichte auf weniger als 1 cm-2 zu reduzieren.

Allerdings entwickeln sich nicht alle Unternehmen, die Fördermittel erhalten, gut.

Dezember 2000,Litton Industrieswurde zu einem Preis von 3.8 Milliarden US-Dollar (ca. 24.5 Milliarden Yuan) bzw. 80 US-Dollar pro Aktie verkauft.Northrop GrummanÜbernahme. Ende 2001 übernahm die SiC-Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Litton-Airtron diese.Erworben von II-VI.

Im Jahr 2002, nur wenige Wochen nach der Vergabe des DARPA-Auftrags,SterlingDie Uniroyal Corporation, die Muttergesellschaft der Uniroyal Corporation, meldete Insolvenz an, was zum Abgang wichtiger technischer Fachkräfte führte.Dow Corning erwarb Sterling umgehend.

und,Die frühe Entwicklung der SiC-Technologie blieb weit hinter den im Vertrag festgelegten Zielen zurück.As you can see from the picture below, Cree's quality is significantly better than its competitors.

Abbildung 4. Kreuzpolarisationsbilder von Cree 75 mm, DOW 75 mm und II-VI 50 mm 4HN SiC (oben) und halbisolierendem SiC (unten), ca. 2002.

Im Jahr 2005 endete die Unterstützung von SiC-Substraten durch DARPA im Wesentlichen.Lediglich Cree zeigte deutliche Anzeichen für eine beschleunigte Kommerzialisierung von SiC-Substraten. Zu dieser Zeit steckte die Forschung und Entwicklung von Dow Corning noch in den Kinderschuhen, und auch die Fortschritte bei II-VI-Halbleitern verliefen sehr langsam.

In der Folge konzentrierte DARPA seine Investitionen hauptsächlich auf SiC-Leistungsschalter und GaN-HF-Bauelemente, wovon auch das Substratgeschäft von Cree profitierte.

Anfang der 2000er Jahre spielte Cree weiterhin eine führende Rolle in der Entwicklung und Förderung der SiC-Substrattechnologie. Durch die vertikale Integration konnte das Unternehmen die Materialqualität durch die interne Nachfrage direkt verbessern.But this also means that their substrate and epitaxy customers are also their main competitors.

Die Vereinigten Staaten glauben, dassEs gibt nur einen einzigen Lieferanten von SiC-Substraten, was die Entwicklung der Branche behindern könnte.Die Lieferanten von reinem SiC-Substrat sind für die langfristige Entwicklung und Kommerzialisierung von SiC- und GaN-Bauelementtechnologien von entscheidender Bedeutung.

Daher von 2003 bis 2017AFRL hat der Firma II-VI vier Großaufträge mit einem Gesamtvolumen von über 350 Millionen Yuan erteilt.

Das Hauptziel der ersten beiden Verträge ist die Erweiterung des Durchmessers von 4HN SiC auf 100 mm.Allerdings war zu diesem Zeitpunkt der 100 mm breite, halbisolierende Randbereich des II-VI-Halbleiters aus 6H-SiC mit ausgebildeten Körnern und anderen Defekten bedeckt.Die Mikrotubuli-Dichte erreicht 117 cm-2(picture below).

Daher wird II-VI zwar unterstützt,AFRL unterstützt Intrinsic auch bei der Entwicklung von SiC.Intrinsic wird hergestellt vonSNachdem Terling erworben worden warvon Schlüsselpersonal.

Intrinsic hat innerhalb von weniger als zwei Jahren schnell und erfolgreich hochwertige 100-mm-SiC-Schichten hergestellt.Noch wichtiger ist jedoch, dass Intrinsic im September 2005 die Führung bei der Veröffentlichung übernahm.Zero Micropipes (ZMPTM) 4HN SiC(picture below).

Aber im Juli 2006Cree übernimmt IntrinsicIm Jahr 2007 brachte Cree 100 mm 4HN ZMPTM SiC und 100 mm halbisolierendes SiC auf den Markt.

Zum GlückAuch in der Forschung und Entwicklung von II-VI werden Fortschritte erzielt.,existieren2003-2010During this period, II-VI expanded the crystal diameter from 50 mm to 100 mm, and also released 100 mm 4HNSiC and semi-insulating SiC.

Bildunterschrift: II-VI 100 mm halbisolierendes 6H SiC-Substrat (oben) und100 mm 4HN SiC-Substrat (unten).

Ende 2010 unterzeichnete AFRL ihren größten Vertrag mit II-VI.Mehr als 20 Millionen US-Dollar (etwa 130 Millionen Yuan)mit Schwerpunkt auf Entwicklung und Vermarktung6-Zoll-4HN-SiC und halbisolierendes 6H-SiC sowie die fortgesetzte Durchmessererweiterung auf 8 Zoll.

Seit Erhalt der Fördermittel hat II-VI bedeutende Investitionen in Anlagen und Ausrüstung getätigt, darunter die Erweiterung des Werks in New Jersey und die Errichtung zweier Produktionsstätten in Mississippi.

Letztendlich stützt sich II-VI auf seine exklusiven patentiertenFortgeschrittene physikalische Dampftransportverfahren (APVT) und axialer Gradiententransport (AGT)KristallzüchtungstechnologieDie Ziele für 6-Zoll- und 8-Zoll-SiC-Einkristalle wurden erreicht.

II-VI demonstrierte 2013 bzw. 2014 mikrorohrfreie 100 mm 6H halbisolierende und 150 mm 4HN SiC-Strukturen; Juli 2015.War das erste Unternehmen, das 8-Zoll-4HN-SiC ausstellte.

Im März 2017 vergab AFRL einen vierten Vertrag an II-VI mit einer Laufzeit von fünf Jahren.Staatliche Förderung in Höhe von 12 Millionen US-Dollar (ca. 774.8 Milliarden RMB)Diese Arbeit konzentriert sich auf die Verbesserung der Fertigungseffizienz, die Reduzierung von Fehlern und die Senkung der Kosten.Züchtung und Herstellung von 200 mm dickem 4HN-SiC und halbisolierendem SiC.

Diese fehlerfreien Kristalle mit großem Durchmesser wurden mithilfe einer neuen, vollautomatischen Wachstumsplattform gezüchtet, und die II-VI-Behandlung reduzierte erfolgreich die Versetzungsdichte von 200 mm 4HN SiC aufReduziert auf 1881 cm-2,DasBeinhaltet eine Schraubendichte von 598 cm-2 und eine Basisdichte von 272 cm-2.

Im Bereich des halbisolierenden Siliziumkarbids nutzt die II-VI-Verbindung Vanadium als Kompensation, um tiefe Energieniveaus innerhalb der Bandlücke einzuführen.Wir sind der einzige Anbieter auf dem Markt für halbisolierendes, mit Vanadium dotiertes SiC.mit einem reproduzierbaren und hochgradig gleichmäßigen spezifischen Widerstand von über 1011Ω·cm.

Oktober 2019,II-VI demonstrierte als erstes Unternehmen der Branche 200 mm 6H halbisolierendes SiC.

In den letzten Jahre 30,Das US-Verteidigungsministerium stellt mehr als 100,000 Dollar für Halbleiter mit großem Bandabstand bereit.1 Milliarde US-Dollar (ca. 6.457 Milliarden Yuan)Man kann sagen, dass eine völlig neue Industrie entstanden ist.Unternehmen wie Cree Research, Westinghouse, Northrop Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow und Intrinsic wurden teils übernommen, teils sind sie verschwunden.undWolfspeed-Cree, II-VI "Der Sieger nimmt alles",Der aktuelle kombinierte globale Marktanteil der beiden UnternehmenMehr als 70%.

Da die Nachfrage nach SiC im kommerziellen und militärischen Bereich in den letzten Jahren rasant gestiegen ist, haben diese beiden Unternehmen auch ihre Produktion kontinuierlich ausgebaut.Im September 2019 kündigte Wolfspeed-Cree seine Investitionszusage an.US $ 1 MilliardenAufbau der weltweit größten Produktionsanlage für SiC-Leistungselektronik und HF-Schaltungen.Und II-VI baut seine Produktionskapazitäten in New Jersey, Pennsylvania und Massachusetts weiter aus.

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