לפני זמן מה, ג'יי.די. בלווינס ממעבדת המחקר של חיל האוויר האמריקאי (AFRL) פרסם דו"ח המציג את תהליך הפיתוח של תעשיית ה-SiC האמריקאית.

על פי דיווחים, אוניברסיטת צפון קרוליינה עורכת מחקר על גידול סובלימציה של SiC במשך זמן רב. עם מספר פטנטים מרכזיים,קרי-ריסרץ' נוסדה רשמית בשנת 1987.בשנת 1991, היא הפכה לחברה הראשונה שסיפקה סיליקון קרביד מסחרי.

איור 1. מצע Cree25mm 6H-SiC ופלסטיק Lely 6H-SiC.

בנוסף ל-Cree-Research, בתחילת שנות ה-1990,מרכז הטכנולוגיה ווסטינגהאוס וחומרי טכנולוגיה מתקדמים בע"מ (ATMI)הם גם מעורבים באופן פעיל במחקר ופיתוח של SiC.

אבל,מחקר מוקדם על גידול סובלימציה של SiC היה מלא עליות ומורדות.ישנם מגוון אתגרים טכניים שקשה להתגבר עליהם, כולל מיקרופיפינג, סימום, בקרת פוליטייפ, הרחבת קוטר ופגמים בגביש.

חברת Cree-Research השיקה את טבליות ה-SiC בגודל 6H בגודל 25 מ"מ בשנת 1991 ואת טבליות ה-SiC בגודל 4H בגודל 50 מ"מ בשנת 1998. למרות שישנם ספקים רבים המייצרים מוצרים דומים,המחירים יקרים מאוד, וצפיפות המיקרוטובולים עולה על 100 סמ"ק-2.

איור 2. ספקים ומפרטים של גביש יחיד של סיליקון קרביד מסוג סובלימציה מוקדמת.

על מנת לקדם מסחור רחב יותר של SiC, חוק ייצור הביטחון האמריקאי משנת 1999"תוכנית כותר ג'"חיל האוויר האמריקאי, שסיפק הון התחלתי נחוץ מאוד לתעשיית ה-SiC, העניק "חוזי חלוקת עלויות" לשלוש חברות,כולל קרי-ריסרץ', סטרלינג (ATMI) וליטון-איירטרון,המטרה היא להרחיב את קוטר מצע ה-SiC ל-75 מ"מ ולשפר את איכות הגביש.

החל משנת 2002, סוכנות הפרויקטים למחקר מתקדם של ההגנה האמריקאיתתוכנית WBGSכמו כן מקדיש תשומת לב רבה לפיתוח חומרי מוליכים למחצה בעלי פער אנרגיה רחב,גם קרי וגם סטרלינג זכו בחוזים רלוונטיים,המטרה היא להרחיב את קוטר מצע ה-SiC מסוג N ובידוד חצי-חצי ל-100 מ"מ ולהפחית את צפיפות המיקרו-צינורות לפחות מ-1 ס"מ-2.

עם זאת, לא כל העסקים שמקבלים מימון מצליחים.

דצמבר 2000,ליטון תעשיותנמכרה במחיר של 3.8 מיליארד דולר (כ-24.5 מיליארד יואן) או 80 דולר למניה.נורתרופ גרומןרכישה. בסוף שנת 2001, מחלקת המחקר והפיתוח של SiC של ליטון-איירטרוןנרכש על ידי II-VI.

בשנת 2002, שבועות ספורים לאחר שקיבל את חוזה DARPA,שטרלינגתאגיד יונירויאל, חברת האם של תאגיד יונירויאל, הגיש בקשה לפשיטת רגל, מה שהוביל לעזיבתם של אנשי מקצוע טכניים מרכזיים.דאו קורנינג רכשה מיד את סטרלינג.

ו,פיתוח טכנולוגיית SiC מוקדם נמנע בהרבה ממטרות תוכנית החוזה.כפי שניתן לראות בתמונה למטה, האיכות של Cree טובה משמעותית מזו של המתחרים שלה.

איור 4. תמונות קיטוב צולב של 4HN SiC Cree 75 מ"מ, DOW 75 מ"מ ו-II-VI 50 מ"מ (למעלה) ו-SiC מבודד למחצה (למטה), בסביבות שנת 2002.

בשנת 2005, התמיכה של DARPA במצעי SiC הסתיימה למעשה.רק חברת Cree מראה סימנים חזקים של האצת המסחור של מצעי SiC. באותה תקופה, המחקר והפיתוח של Dow Corning עדיין נאבקו, וגם ההתקדמות של II-VI הייתה איטית מאוד.

לאחר מכן, DARPA מיקדה את השקעותיה בעיקר במתגי כוח SiC והתקני RF של GaN, מהם נהנתה עסקי הסובסטרטים של Cree.

בתחילת שנות ה-2000, קרי המשיכה להוביל את הפיתוח והקידום של טכנולוגיית מצעי SiC. באמצעות אינטגרציה אנכית, היא הצליחה להניע ישירות שיפורים באיכות החומר באמצעות ביקוש פנימי,אבל זה גם אומר שגם לקוחות המצע והאפיטקסיה שלהם הם המתחרים העיקריים שלהם.

ארצות הברית מאמינה שיש רק ספק יחיד של מצעי SiC, דבר שעשוי לעכב את התפתחות התעשייה.ספקי מצעים של SiC טהור הם קריטיים לפיתוח ומסחור ארוכי טווח של טכנולוגיות התקני SiC ו-GaN.

לכן, בין השנים 2003 ל-2017,AFRL סיפקה 4 חוזים גדולים לחברת II-VI, בסכום כולל של יותר מ-350 מיליון יואן.

המטרה העיקרית של שני החוזים הראשונים היא להרחיב את קוטר ה-4HN SiC ל-100 מ"מ.עם זאת, באותה תקופה, אזור הקצה של 100 מ"מ מבודד למחצה SiC 6H של II-VI היה מכוסה בגרגירים נוצרו ופגמים אחרים,צפיפות המיקרוטובולים מגיעה ל-117 סמ"ר(תמונה למטה).

לכן, תוך תמיכה ב-II-VI,AFRL תומכת גם ב-Intrinsic בפיתוח SiC.פנימי נוצר על ידיSלאחר רכישת טרלינגשל אנשי מפתח.

Intrinsic הדגימה במהירות ובהצלחה SiC באיכות גבוהה בגודל 100 מ"מ בפחות משנתיים.וחשוב מכך, בספטמבר 2005, Intrinsic לקחה את ההובלה בשחרוראפס מיקרו-צינורות (ZMPTM) 4HN SiC(תמונה למטה).

אבל ביולי 2006,קרי רוכשת את Intrinsicבשנת 2007, חברת Cree הוציאה לאור חומרי ניקוי סיליקה (SiC) בעובי 100 מ"מ 4HN ZMPTM, ו-SiC מבודד למחצה בעובי 100 מ"מ.

למרבה המזלישנה גם התקדמות במחקר ובפיתוח של II-VI,לְהִתְקַיֵם2003-2010במהלך תקופה זו, II-VI הרחיבו את קוטר הגביש מ-50 מ"מ ל-100 מ"מ, וגם שחררו 100 מ"מ 4HNSiC ו-SiC מבודד למחצה.

כיתוב: II-VI מצע SiC 6H חצי מבודד 100 מ"מ (למעלה) ומצע 4HN SiC בעובי 100 מ"מ (בתחתית).

בסוף שנת 2010, חתמה AFRL על החוזה הגדול ביותר שלה עם II-VI——יותר מ-20 מיליון דולר אמריקאי (כ-130 מיליון יואן), עם דגש על פיתוח ומסחור4HN SiC בגודל 6 אינץ' ו-6H SiC מבודד למחצה, כמו גם המשך הרחבת הקוטר ל-8 אינץ'.

מאז קבלת המימון, II-VI ביצעה השקעות משמעותיות במתקנים וציוד, כולל הרחבת המתקן שלה בניו ג'רזי והקמת שני מתקני ייצור במיסיסיפי.

בסופו של דבר, II-VI מסתמך על הפטנט הבלעדי שלוהובלת אדים פיזיקלית מתקדמת (APVT) והובלת גרדיאנט צירית (AGT)טכנולוגיית גידול גבישים,המטרות של גבישים יחידים SiC בגודל 6 אינץ' ו-8 אינץ' הושגו.

II-VI הדגימו בידוד חצי מבודד 6H בקוטר 100 מ"מ ללא מיקרו-צינורות ו-SiC 4HN בקוטר 150 מ"מ בשנים 2013 ו-2014 בהתאמה; יולי 2015,הפכה לחברה הראשונה שהציגה 4HN SiC בגודל 8 אינץ'.

במרץ 2017, AFRL העניקה ל-II-VI חוזה רביעי לחמש שנים,מימון ממשלתי של 12 מיליון דולר (כ-774.8 מיליארד יואן סיני)עבודה זו מתמקדת בשיפור יעילות הייצור, צמצום פגמים והפחתת עלויות,לגדל ולייצר 200 מ"מ של SiC 4HN ו-SiC מבודד למחצה.

גבישים אלה, בעלי קוטר גדול ונטולי פגמים, גודלו באמצעות פלטפורמת גידול חדשה ואוטומטית לחלוטין, ו-II-VI הפחיתו בהצלחה את צפיפות הנקע של 200 מ"מ 4HN SiC ל-מופחת ל-1881 סמ"ר,זֶהכולל צפיפות בורג של 598 סמ"ר וצפיפות בסיס של 272 סמ"ר.

מבחינת סיליקון קרביד מבודד למחצה, II-VI משתמש בפיצוי ונדיום כדי להכניס רמות אנרגיה עמוקות בתוך פער הלהקה,אנחנו הספק היחיד בשוק של SiC מבודד למחצה מסומם בוונדיום., עם התנגדות אחידה וברורה ביותר העולה על 1011Ω·cm .

2019 באוקטובר,II-VI הדגימו לראשונה בתעשייה SiC מבודד למחצה בעובי 200 מ"מ 6H.

בעשרים השנים האחרונות,משרד ההגנה האמריקאי מממן יותר מ-100,000 דולר עבור מוליכים למחצה בעלי פער פס רחבמיליארד דולר אמריקאי (כ-6.457 מיליארד יואן), ניתן לומר שנולדה תעשייה חדשה לגמרי.חברות כמו קרי ריסרץ', ווסטינגהאוס, נורת'רופ-גרומן, ATMI, סטרלינג, ליטון-איירטרון, דאו ואינטרינסיק, חלקן נרכשו וחלקן נעלמו.ווולפספיד-קרי, II-VI "המנצח לוקח הכל",נתח השוק העולמי המשותף הנוכחי של שתי החברותיותר מ 70%.

בשנים האחרונות, ככל שהביקוש המסחרי והצבאי ל-SiC גדל במהירות, שתי החברות הללו המשיכו גם להרחיב את הייצור.בספטמבר 2019, Wolfspeed-Cree הודיעה על התחייבותה להשקיעUS $ 1 מיליארד דולרבניית מתקן ייצור החשמל וה-RF הגדול בעולם של SiC.ו-II-VI ממשיכה להרחיב את כושר הייצור בניו ג'רזי, פנסילבניה ומסצ'וסטס.

הצהרת אחריות: מאמר זה נכתב מתוך "Third Generation Semiconductor Trend". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר ואינו מייצג את דעותיה של Sacco Micro והתעשייה. הוא מיועד להדפסה חוזרת ושיתוף בלבד לתמיכה בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור המקורי ואת המחבר לצורך הדפסה חוזרת. אם ישנה הפרה כלשהי, אנא צרו עמנו קשר כדי למחוק אותה.