Beberapa waktu lalu, JD Blevins dari Laboratorium Penelitian Angkatan Udara AS (AFRL) menerbitkan sebuah laporan yang memperkenalkan proses pengembangan industri SiC AS.

Menurut laporan, Universitas Negeri North Carolina telah melakukan penelitian tentang pertumbuhan sublimasi SiC untuk waktu yang lama. Dengan sejumlah paten kunci,Cree-Research secara resmi didirikan pada tahun 1987.Pada tahun 1991, perusahaan ini menjadi perusahaan pertama yang menyediakan silikon karbida secara komersial.

Gambar 1. Substrat Cree25mm 6H-SiC dan wafer Lely 6H-SiC.

Selain Cree-Research, pada awal tahun 1990-an,Pusat Teknologi Westinghouse dan Advanced Technology Materials Inc. (ATMI)Mereka juga aktif terlibat dalam penelitian dan pengembangan SiC.

Tujuannya,Penelitian awal tentang pertumbuhan sublimasi SiC penuh dengan pasang surut.Terdapat berbagai tantangan teknis yang sulit diatasi, termasuk mikropipa, doping, kontrol polipe, ekspansi diameter, dan cacat kristal.

Cree-Research meluncurkan SiC 6H 25mm pada tahun 1991 dan SiC 4H 50mm pada tahun 1998. Meskipun ada banyak pemasok yang memproduksi produk serupa,Harganya sangat mahal, dan kepadatan mikrotubulus melebihi 100 cm.-2。

Gambar 2. Pemasok dan spesifikasi kristal tunggal silikon karbida sublimasi awal.

Untuk mendorong komersialisasi SiC yang lebih luas, Undang-Undang Produksi Pertahanan AS tahun 1999"Rencana Judul III"Memberikan modal awal yang sangat dibutuhkan bagi industri SiC, Angkatan Udara AS telah memberikan "kontrak berbagi biaya" kepada 3 perusahaan,Termasuk Cree-Research, Sterling (ATMI) dan Litton-Airtron,Tujuannya adalah untuk memperluas diameter substrat SiC menjadi 75 mm dan meningkatkan kualitas kristal.

Dimulai pada tahun 2002, Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan AS (DARPA)Rencana WBGSSelain itu, juga memberikan perhatian besar pada pengembangan material semikonduktor dengan celah pita lebar,Baik Cree maupun Sterling sama-sama mendapatkan kontrak yang relevan,Tujuannya adalah untuk memperluas diameter substrat SiC tipe N dan semi-isolasi hingga 100 mm dan mengurangi kepadatan mikrotube hingga kurang dari 1 cm⁻².

Namun, tidak semua bisnis yang menerima pendanaan berhasil.

Desember 2000,Industri LittonSaham tersebut dijual dengan harga US$3.8 miliar (sekitar 24.5 miliar yuan) atau US$80 per saham.Northrop Grummanakuisisi. Pada akhir tahun 2001, departemen Litton-Airtron's SiC R&DDiperoleh oleh II-VI.

Pada tahun 2002, hanya beberapa minggu setelah mendapatkan kontrak DARPA,MurniUniroyal Corporation, perusahaan induk dari Uniroyal Corporation, mengajukan permohonan kebangkrutan, yang mengakibatkan keluarnya sejumlah personel teknis kunci.Dow Corning langsung mengakuisisi Sterling.

dan,Pengembangan teknologi SiC tahap awal jauh tertinggal dari target rencana kontrak.Seperti yang Anda lihat pada gambar di bawah, kualitas Cree jauh lebih baik daripada para pesaingnya.

Gambar 4. Citra polarisasi silang dari Cree 75mm, DOW 75mm dan II-VI 50mm 4HN SiC (atas) dan SiC semi-isolasi (bawah), sekitar tahun 2002.

Pada tahun 2005, dukungan DARPA untuk substrat SiC pada dasarnya berakhir.Hanya Cree yang menunjukkan tanda-tanda kuat dalam mempercepat komersialisasi substrat SiC. Pada saat itu, penelitian dan pengembangan Dow Corning masih berjuang, dan kemajuan II-VI juga sangat lambat.

Selanjutnya, DARPA memfokuskan investasinya terutama pada sakelar daya SiC dan perangkat RF GaN, yang menguntungkan bisnis substrat Cree.

Pada awal tahun 2000-an, Cree terus memimpin dalam pengembangan dan promosi teknologi substrat SiC. Melalui integrasi vertikal, mereka mampu secara langsung mendorong peningkatan kualitas material melalui permintaan penggunaan internal.Namun ini juga berarti bahwa pelanggan substrat dan epitaksi mereka juga merupakan pesaing utama mereka.

Amerika Serikat percaya bahwaHanya ada satu pemasok substrat SiC, yang dapat menghambat perkembangan industri ini.Pemasok substrat SiC murni sangat penting untuk pengembangan jangka panjang dan komersialisasi teknologi perangkat SiC dan GaN.

Oleh karena itu, dari tahun 2003 hingga 2017,AFRL telah memberikan 4 kontrak besar kepada Perusahaan II-VI, dengan total nilai lebih dari 350 juta yuan.

Tujuan utama dari dua kontrak pertama adalah untuk memperluas diameter 4HN SiC menjadi 100 mm.Namun, pada saat itu, area tepi 6H SiC semi-isolasi 100 mm pada II-VI tertutup oleh butiran yang terbentuk dan cacat lainnya,Kepadatan mikrotubulus mencapai 117 cm-2(gambar di bawah).

Oleh karena itu, sambil mendukung II-VI,AFRL juga mendukung Intrinsic dalam pengembangan SiC.Intrinsik dibuat olehSSetelah terling diakuisisidari personel kunci.

Intrinsic dengan cepat dan sukses mendemonstrasikan SiC 100 mm berkualitas tinggi dalam waktu kurang dari dua tahun.Yang lebih penting lagi, pada bulan September 2005, Intrinsic memimpin dalam merilisZero Micropipes (ZMPTM) 4HN SiC(gambar di bawah).

Namun pada Juli 2006,Cree mengakuisisi IntrinsicPada tahun 2007, Cree merilis SiC 4HN ZMPTM 100mm, dan SiC semi-isolasi 100 mm.

UntungTerdapat pula kemajuan dalam penelitian dan pengembangan II-VI,ada2003-2010Selama periode ini, II-VI memperluas diameter kristal dari 50 mm menjadi 100 mm, dan juga merilis 4HNSiC 100 mm dan SiC semi-isolasi.

Keterangan: Substrat SiC 6H semi-isolasi II-VI 100 mm (atas) danSubstrat SiC 4HN 100mm (bagian bawah).

Pada akhir tahun 2010, AFRL menandatangani kontrak terbesarnya dengan II-VI——Lebih dari 20 juta dolar AS (sekitar 130 juta yuan)dengan fokus pada pengembangan dan komersialisasiSiC 4HN 6 inci dan SiC 6H semi-isolasi, serta perluasan diameter berkelanjutan hingga 8 inci..

Sejak menerima pendanaan tersebut, II-VI telah melakukan investasi signifikan dalam fasilitas dan peralatan, termasuk memperluas fasilitasnya di New Jersey dan mendirikan dua fasilitas manufaktur di Mississippi.

Pada akhirnya, II-VI bergantung pada paten eksklusifnya.Transportasi Uap Fisik Lanjutan (APVT) dan Transportasi Gradien Aksial (AGT)teknologi pertumbuhan kristal,Target pembuatan kristal tunggal SiC berukuran 6 inci dan 8 inci telah tercapai.

II-VI mendemonstrasikan SiC 6H semi-isolasi 100mm dan SiC 4HN 150mm tanpa mikrotube masing-masing pada tahun 2013 dan 2014; Juli 2015,Menjadi perusahaan pertama yang menampilkan layar 8 inci 4HN SiC.

Pada Maret 2017, AFRL memberikan kontrak keempat kepada II-VI untuk jangka waktu lima tahun,Pendanaan pemerintah sebesar US$12 juta (sekitar RMB 774.8 miliar)Pekerjaan ini berfokus pada peningkatan efisiensi manufaktur, pengurangan cacat, dan pengurangan biaya.Untuk menumbuhkan dan memfabrikasi SiC 4HN dan SiC semi-isolasi setebal 200 mm.

Kristal berdiameter besar tanpa cacat ini ditumbuhkan menggunakan platform pertumbuhan otomatis sepenuhnya yang baru, dan II-VI berhasil mengurangi kepadatan dislokasi 200mm 4HN SiC menjadiDikurangi menjadi 1881cm-2,ItuTermasuk kepadatan sekrup sebesar 598 cm-2 dan kepadatan dasar sebesar 272 cm-2.

Dalam hal silikon karbida semi-isolasi, II-VI menggunakan kompensasi vanadium untuk memperkenalkan tingkat energi yang dalam di dalam celah pita,Kami adalah satu-satunya pemasok pasar untuk SiC semi-isolasi yang didoping dengan vanadium., dengan resistivitas yang dapat direproduksi dan sangat seragam yang melebihi 1011Ω·cm.

Oktober 2019,II-VI mendemonstrasikan SiC semi-isolasi 6H berukuran 200 mm untuk pertama kalinya di industri.

Selama bertahun-tahun 30 terakhir,Departemen Pertahanan AS mendanai lebih dari 100,000 dolar untuk semikonduktor celah pita lebar.1 miliar dolar AS (sekitar 6.457 miliar yuan), dapat dikatakan bahwa sebuah industri baru telah lahir.Perusahaan-perusahaan seperti Cree Research, Westinghouse, Northrop-Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow, dan Intrinsic, sebagian telah diakuisisi dan sebagian lagi telah menghilang.keWolfspeed-Cree, II-VI "Pemenang Mengambil Semuanya",Pangsa pasar global gabungan kedua perusahaan saat iniLebih dari 70%.

Dalam beberapa tahun terakhir, seiring dengan pesatnya pertumbuhan permintaan SiC untuk keperluan komersial dan militer, kedua perusahaan ini juga terus memperluas produksinya.Pada bulan September 2019, Wolfspeed-Cree mengumumkan komitmennya untuk berinvestasi.US $ 1 miliarMembangun fasilitas manufaktur SiC daya dan RF terbesar di dunia.Dan II-VI terus memperluas kapasitas manufaktur di New Jersey, Pennsylvania, dan Massachusetts.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Tren Semikonduktor Generasi Ketiga". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Artikel ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan guna mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulis untuk pencetakan ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.