Hace algún tiempo, JD Blevins, del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (AFRL), publicó un informe que presentaba el proceso de desarrollo de la industria estadounidense del carburo de silicio (SiC).

Según los informes, la Universidad Estatal de Carolina del Norte lleva mucho tiempo realizando investigaciones sobre el crecimiento por sublimación de SiC. Con una serie de patentes clave,Cree-Research se estableció oficialmente en 1987.In 1991, it became the first company to provide commercial silicon carbide.

Figure 1. Cree25mm 6H-SiC substrate and 6H-SiC Lely wafer.

Además de Cree-Research, a principios de la década de 1990,Centro Tecnológico Westinghouse y Advanced Technology Materials Inc. (ATMI)They are also actively involved in SiC research and development.

pero,Early research on SiC sublimation growth was full of ups and downs.There are various technical challenges that are difficult to overcome, including micropiping, doping, polytype control, diameter expansion, and crystal defects.

Cree-Research lanzó SiC 6H de 25 mm en 1991 y SiC 4H de 50 mm en 1998. Aunque existen varios proveedores que producen productos similares,The prices are very expensive, and the density of microtubules exceeds 100cm-2 。

Figura 2. Proveedores y especificaciones de monocristales de carburo de silicio de sublimación temprana.

Con el fin de promover una mayor comercialización del SiC, la Ley de Producción de Defensa de EE. UU. de 1999"Plan del Título III"Providing much-needed start-up capital to the SiC industry, the U.S. Air Force has awarded "cost-share contracts" to 3 companies,Including Cree-Research, Sterling (ATMI) and Litton-Airtron,El objetivo es ampliar el diámetro del sustrato de SiC a 75 mm y mejorar la calidad del cristal.

Beginning in 2002, the U.S. Defense Advanced Research Projects AgencyPlan WBGSAlso pays great attention to the development of wide bandgap semiconductor materials,Both Cree and Sterling were awarded relevant contracts,The goal is to expand N-type and semi-insulating SiC substrate diameters to 100mm and reduce microtube density to less than 1cm-2.

Sin embargo, no todas las empresas que reciben financiación tienen éxito.

Diciembre 2000,Industrias Littonwas sold at a price of US$3.8 billion (approximately 24.5 billion yuan) or US$80 per share.Northrop Grummanacquisition. At the end of 2001, Litton-Airtron’s SiC R&D departmentAcquired by II-VI.

En 2002, apenas unas semanas después de que se le adjudicara el contrato de DARPA,Libra esterlinaUniroyal Corporation, the parent company of Uniroyal Corporation, filed for bankruptcy, resulting in the outflow of key technical personnel.Dow Corning immediately acquired Sterling.

y,El desarrollo inicial de la tecnología SiC se quedó muy por debajo de los objetivos previstos en el contrato.Como se puede apreciar en la imagen inferior, la calidad de Cree es significativamente superior a la de sus competidores.

Figure 4. Cross-polarization images of Cree 75mm, DOW 75mm and II-VI 50mm 4HN SiC (top) and semi-insulating SiC (bottom), circa 2002.

En 2005, el apoyo de DARPA a los sustratos de SiC prácticamente llegó a su fin.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.

Subsequently, DARPA focused its investment mainly on SiC power switches and GaN RF devices, from which Cree's substrate business benefited.

In the early 2000s, Cree continued to lead in the development and promotion of SiC substrate technology. Through vertical integration, they were able to directly drive improvements in material quality through internal use demand,Pero esto también significa que sus clientes de sustratos y epitaxia son también sus principales competidores.

The United States believes thatSolo existe un único proveedor de sustratos de SiC, lo que puede obstaculizar el desarrollo de la industria.Pure SiC substrate suppliers are critical to the long-term development and commercialization of SiC and GaN device technologies.

Therefore, from 2003 to 2017,AFRL has provided 4 large contracts to II-VI Company, totaling more than 350 million yuan.

El objetivo principal de los dos primeros contratos es ampliar el diámetro del SiC 4HN a 100 mm.Sin embargo, en ese momento, el área del borde de 100 mm de SiC 6H semi-aislante de II-VI estaba cubierta de granos formados y otros defectos,Microtubule density reaches 117cm-2(picture below).

Therefore, while supporting II-VI,AFRL also supports Intrinsic in developing SiC.Intrinsic is made bySAfter terling was acquiredof key personnel.

Intrinsic demostró de forma rápida y exitosa la fabricación de SiC de 100 mm de alta calidad en menos de dos años.More importantly, in September 2005, Intrinsic took the lead in releasingMicrotubos cero (ZMPTM) 4HN SiC(picture below).

Pero en julio de 2006,Cree acquires Intrinsic. In 2007, Cree released 100mm 4HN ZMPTM SiC, and 100 mm semi-insulating SiC.

AfortunadamenteThere is also progress in the research and development of II-VI,existir2003-2010During this period, II-VI expanded the crystal diameter from 50 mm to 100 mm, and also released 100 mm 4HNSiC and semi-insulating SiC.

Caption: II-VI 100-mm semi-insulating 6H SiC substrate (top) and100mm 4HN SiC substrate (bottom).

At the end of 2010, AFRL signed its largest contract with II-VI——More than 20 million US dollars (approximately 130 million yuan), with a focus on development and commercialization6-inch 4HN SiC and semi-insulating 6H SiC, as well as continued diameter expansion to 8 inches.

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.

Ultimately, II-VI relies on its exclusive patentedAdvanced Physical Vapor Transport (APVT) and Axial Gradient Transport (AGT)crystal growth technology,The goals of 6-inch and 8-inch SiC single crystals were achieved.

II-VI demostró la fabricación de SiC semi-aislante 6H de 100 mm y 4HN de 150 mm sin microtubos en 2013 y 2014 respectivamente; julio de 2015,Se convirtió en la primera empresa en exhibir SiC 4HN de 8 pulgadas.

En marzo de 2017, AFRL otorgó a II-VI un cuarto contrato por cinco años,Financiación gubernamental de 12 millones de dólares estadounidenses (aproximadamente 774.8 millones de yuanes).. This work focuses on improving manufacturing efficiency, reducing defects and reducing costs,Cultivar y fabricar 200 mm de SiC 4HN y SiC semi-aislante.

Estos cristales de gran diámetro sin defectos se cultivaron utilizando una nueva plataforma de crecimiento totalmente automatizada, y II-VI redujo con éxito la densidad de dislocaciones de SiC 4HN de 200 mm aReduced to 1881cm-2,ThatIncludes a screw density of 598 cm-2 and a base density of 272 cm-2.

In terms of semi-insulating silicon carbide, II-VI uses vanadium compensation to introduce deep energy levels within the band gap,We are the only market supplier of semi-insulating SiC doped with vanadium, con una resistividad reproducible y altamente uniforme que supera los 1011¹¹ Ω·cm.

Octubre 2019,II-VI demostró por primera vez en la industria un SiC semi-aislante de 200 mm 6H.

Durante los últimos años 30,U.S. Department of Defense funds more than 100,000 dollars for wide-bandgap semiconductors1 billion US dollars (approximately 6.457 billion yuan)Se puede decir que nació una industria completamente nueva.Companies such as Cree Research, Westinghouse, Northrop-Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow and Intrinsic, some have been acquired and some have disappeared.yWolfspeed-Cree, II-VI "El ganador se lo lleva todo",The current combined global market share of the two companiesMas de 70%.

In recent years, as SiC commercial and military demand has grown rapidly, these two companies have also continued to expand production.In September 2019, Wolfspeed-Cree announced its commitment to investUS $ 1 billonesConstruir la mayor planta de fabricación de componentes de potencia y radiofrecuencia de SiC del mundo.Además, II-VI continúa ampliando su capacidad de fabricación en Nueva Jersey, Pensilvania y Massachusetts.

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