Some time ago, J. D. Blevins of the U.S. Air Force Research Laboratory (AFRL) published a report introducing the development process of the U.S. SiC industry.

According to reports, North Carolina State University has been conducting research on SiC sublimation growth for a long time. With a number of key patents,Cree-Research a été officiellement créée en 1987.In 1991, it became the first company to provide commercial silicon carbide.

Figure 1. Substrat Cree25mm 6H-SiC et plaquette Lely 6H-SiC.

In addition to Cree-Research, in the early 1990s,Westinghouse Technology Center and Advanced Technology Materials Inc. (ATMI)Ils participent également activement à la recherche et au développement dans le domaine du SiC.

mais,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 a lancé les dalles 25 mm 6H SiC en 1991 et 50 mm 4H SiC en 1998. Bien que plusieurs fournisseurs produisent des produits similaires,The prices are very expensive, and the density of microtubules exceeds 100cm-2.

Figure 2. Early sublimation silicon carbide single crystal suppliers and specifications.

In order to promote wider commercialization of SiC, the U.S. Defense Production Act of 1999« Plan du Titre 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,The goal is to expand the SiC substrate diameter to 75mm and improve crystal quality.

Beginning in 2002, the U.S. Defense Advanced Research Projects AgencyPlan WBGSAlso pays great attention to the development of wide bandgap semiconductor materials,Cree et Sterling ont tous deux obtenu les contrats correspondants.The goal is to expand N-type and semi-insulating SiC substrate diameters to 100mm and reduce microtube density to less than 1cm-2.

Cependant, toutes les entreprises qui reçoivent des financements ne réussissent pas.

Décembre 2000,Litton Industrieswas sold at a price of US$3.8 billion (approximately 24.5 billion yuan) or US$80 per share.Northrop Grummanacquisition. Fin 2001, le département R&D SiC de Litton-AirtronAcquis par II-VI.

En 2002, quelques semaines seulement après l'obtention du contrat DARPA,SterlingUniroyal Corporation, the parent company of Uniroyal Corporation, filed for bankruptcy, resulting in the outflow of key technical personnel.Dow Corning immediately acquired Sterling.

et,Early SiC technology development fell far short of contract plan goals.As you can see from the picture below, Cree's quality is significantly better than its competitors.

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, le soutien de la DARPA aux substrats SiC a pratiquement pris 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,But this also means that their substrate and epitaxy customers are also their main competitors.

The United States believes thatIl n'existe qu'un seul fournisseur de substrats SiC, ce qui pourrait freiner le développement de l'industrie.Pure SiC substrate suppliers are critical to the long-term development and commercialization of SiC and GaN device technologies.

Par conséquent, de 2003 à 2017,AFRL a attribué 4 contrats importants à la société II-VI, pour un montant total de plus de 350 millions de yuans.

The main goal of the first two contracts is to expand the diameter of 4HN SiC to 100 mm.However, at that time, II-VI’s 100 mm semi-insulating 6H SiC edge area was covered with formed grains and other defects,Microtubule density reaches 117cm-2(photo ci-dessous).

Par conséquent, tout en soutenant II-VI,AFRL also supports Intrinsic in developing SiC.Intrinsèque est fabriqué parSAprès l'acquisition de l'or,of key personnel.

Intrinsic quickly and successfully demonstrated high-quality 100-mm SiC in less than two years.More importantly, in September 2005, Intrinsic took the lead in releasingZero Micropipes (ZMPTM) 4HN SiC(photo ci-dessous).

Mais en juillet 2006,Cree acquires IntrinsicEn 2007, Cree a lancé des tubes SiC 4HN ZMPTM de 100 mm et des tubes SiC semi-isolants de 100 mm.

HeureusementThere is also progress in the research and development of II-VI,exister2003-2010Durant cette période, II-VI a augmenté le diamètre du cristal de 50 mm à 100 mm et a également lancé du 4HNSiC de 100 mm et du SiC semi-isolant.

Légende : Substrat semi-isolant 6H SiC II-VI de 100 mm (en haut) etSubstrat SiC 4HN de 100 mm (en bas).

At the end of 2010, AFRL signed its largest contract with II-VI——Plus de 20 millions de dollars américains (environ 130 millions de yuans), avec un accent sur le développement et la commercialisationAcier au carbure de silicium 4HN de 6 pouces et acier au carbure de silicium 6H semi-isolant, ainsi qu'une expansion continue du diamètre jusqu'à 8 pouces..

Depuis qu'elle a reçu ce financement, II-VI a réalisé d'importants investissements dans ses installations et ses équipements, notamment en agrandissant son usine du New Jersey et en créant deux sites de production dans le Mississippi.

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

II-VI demonstrated microtube-free 100mm 6H semi-insulating and 150mm 4HN SiC in 2013 and 2014 respectively; July 2015,Became the first company to display 8-inch 4HN SiC.

En mars 2017, l'AFRL a accordé à II-VI un quatrième contrat d'une durée de cinq ans.Government funding of US$12 million (approximately RMB 774.8 billion)Ce travail vise à améliorer l'efficacité de la production, à réduire les défauts et à diminuer les coûts.Cultiver et fabriquer 200 mm de SiC 4HN et de SiC semi-isolant.

Ces cristaux de grand diamètre sans défauts ont été cultivés à l'aide d'une nouvelle plateforme de croissance entièrement automatisée, et II-VI a réussi à réduire la densité de dislocations du SiC 4HN de 200 mm àRéduit à 1881 cm-2,QueIncludes a screw density of 598 cm-2 and a base density of 272 cm-2.

En ce qui concerne le carbure de silicium semi-isolant, le II-VI utilise la compensation au vanadium pour introduire des niveaux d'énergie profonds dans la bande interdite.We are the only market supplier of semi-insulating SiC doped with vanadium, with its reproducible and highly uniform resistivity exceeding 1011Ω·cm.

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

Au cours des années passées 30,Le département américain de la Défense finance à hauteur de plus de 100 000 dollars des semi-conducteurs à large bande interdite.1 milliard de dollars américains (environ 6.457 milliards de yuans)On peut donc dire qu'une toute nouvelle industrie est née.Des entreprises comme Cree Research, Westinghouse, Northrop-Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow et Intrinsic ont été rachetées, certaines ont disparu.etWolfspeed-Cree, II-VI "Winner Takes All",The current combined global market share of the two companiesPlus que 70%.

Ces dernières années, face à la croissance rapide de la demande commerciale et militaire en SiC, ces deux entreprises ont également continué à développer leur production.In September 2019, Wolfspeed-Cree announced its commitment to investUS $ 1 milliardsConstruction de la plus grande usine de fabrication de circuits de puissance et de radiofréquences en silicium (SiC) au monde.Et II-VI continue d'accroître sa capacité de production dans le New Jersey, en Pennsylvanie et au Massachusetts.

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