Qualche tempo fa, JD Blevins del Laboratorio di ricerca dell'aeronautica militare statunitense (AFRL) ha pubblicato un rapporto che illustrava il processo di sviluppo dell'industria statunitense del SiC.

Secondo quanto riportato, la North Carolina State University conduce da tempo ricerche sulla crescita per sublimazione del SiC. Con una serie di brevetti chiave,Cree-Research è stata fondata ufficialmente nel 1987.Nel 1991, è diventata la prima azienda a fornire carburo di silicio a livello commerciale.

Figura 1. Substrato Cree25mm 6H-SiC e wafer Lely 6H-SiC.

Oltre a Cree-Research, all'inizio degli anni '1990,Westinghouse Technology Center e Advanced Technology Materials Inc. (ATMI)Sono inoltre attivamente coinvolti nella ricerca e nello sviluppo nel campo del SiC.

ma,Le prime ricerche sulla crescita del SiC tramite sublimazione sono state caratterizzate da alti e bassi.Esistono diverse sfide tecniche difficili da superare, tra cui la formazione di micropori, il drogaggio, il controllo del politipo, l'espansione del diametro e i difetti cristallini.

Cree-Research ha lanciato il SiC 6H da 25 mm nel 1991 e il SiC 4H da 50 mm nel 1998. Sebbene ci siano più fornitori che producono prodotti simili,I prezzi sono molto elevati e la densità dei microtubuli supera i 100 cm-2 。

Figura 2. Primi fornitori e specifiche di monocristalli di carburo di silicio per sublimazione.

Al fine di promuovere una più ampia commercializzazione del SiC, il Defense Production Act statunitense del 1999"Piano Titolo III"Fornendo il capitale iniziale tanto necessario all'industria del SiC, l'aeronautica militare statunitense ha assegnato "contratti di condivisione dei costi" a 3 aziende,Tra cui Cree-Research, Sterling (ATMI) e Litton-Airtron,L'obiettivo è quello di espandere il diametro del substrato di SiC fino a 75 mm e migliorare la qualità cristallina.

A partire dal 2002, l'Agenzia statunitense per i progetti di ricerca avanzata per la difesa (ADRP)Piano WBGSPresta inoltre grande attenzione allo sviluppo di materiali semiconduttori a banda proibita ampia,Sia Cree che Sterling si sono aggiudicate i relativi contratti,L'obiettivo è espandere i diametri dei substrati di SiC di tipo N e semi-isolanti fino a 100 mm e ridurre la densità dei microtubi a meno di 1 cm⁻².

Tuttavia, non tutte le imprese che ricevono finanziamenti ottengono buoni risultati.

Dicembre 2000,Industrie Littonè stata venduta al prezzo di 3.8 miliardi di dollari (circa 24.5 miliardi di yuan) o 80 dollari per azione.Northrop Grummanacquisizione. Alla fine del 2001, il dipartimento di ricerca e sviluppo SiC di Litton-AirtronAcquisito da II-VI.

Nel 2002, poche settimane dopo essersi aggiudicato il contratto DARPA,SterlinaUniroyal Corporation, la società madre di Uniroyal Corporation, ha dichiarato fallimento, con conseguente esodo di personale tecnico chiave.La Dow Corning acquisì immediatamente Sterling.

e,Lo sviluppo iniziale della tecnologia SiC è risultato ben al di sotto degli obiettivi previsti dal contratto.Come si può notare dall'immagine sottostante, la qualità di Cree è nettamente superiore a quella dei suoi concorrenti.

Figura 4. Immagini a polarizzazione incrociata di Cree 75mm, DOW 75mm e II-VI 50mm 4HN SiC (in alto) e SiC semi-isolante (in basso), circa 2002.

Nel 2005, il supporto della DARPA per i substrati in SiC è sostanzialmente terminato.Solo Cree mostrava segnali concreti di accelerazione nella commercializzazione dei substrati in SiC. All'epoca, la ricerca e sviluppo di Dow Corning era ancora in difficoltà, e anche i progressi di II-VI erano molto lenti.

Successivamente, la DARPA ha concentrato i suoi investimenti principalmente su interruttori di potenza in SiC e dispositivi RF in GaN, a vantaggio dell'attività di Cree nel settore dei substrati.

All'inizio degli anni 2000, Cree ha continuato a essere leader nello sviluppo e nella promozione della tecnologia dei substrati SiC. Grazie all'integrazione verticale, è stata in grado di guidare direttamente i miglioramenti nella qualità dei materiali attraverso la domanda di utilizzo interno,Ma questo significa anche che i loro clienti nel settore dei substrati e dell'epitassia sono anche i loro principali concorrenti.

Gli Stati Uniti credono cheEsiste un solo fornitore di substrati in SiC, il che potrebbe ostacolare lo sviluppo del settore.I fornitori di substrati di SiC puro sono fondamentali per lo sviluppo e la commercializzazione a lungo termine delle tecnologie dei dispositivi SiC e GaN.

Pertanto, dal 2003 al 2017,AFRL ha assegnato alla società II-VI 4 importanti contratti, per un valore complessivo di oltre 350 milioni di yuan.

L'obiettivo principale dei primi due contratti è quello di ampliare il diametro del SiC 4HN fino a 100 mm.Tuttavia, a quel tempo, l'area del bordo in SiC 6H semi-isolante da 100 mm del II-VI era ricoperta da grani formati e altri difetti,La densità dei microtubuli raggiunge i 117 cm⁻²(immagine sotto).

Pertanto, pur sostenendo II-VI,AFRL supporta inoltre Intrinsic nello sviluppo del SiC.Intrinseco è fatto daSDopo l'acquisizione di Terlingdel personale chiave.

Intrinsic ha dimostrato rapidamente e con successo la capacità di produrre SiC da 100 mm di alta qualità in meno di due anni.Ancora più importante, nel settembre 2005, Intrinsic ha preso l'iniziativa rilasciandoZero Micropipes (ZMPTM) 4HN SiC(immagine sotto).

Ma nel luglio 2006,Cree acquisisce IntrinsicNel 2007, Cree ha lanciato sul mercato il SiC ZMPTM 4HN da 100 mm e il SiC semi-isolante da 100 mm.

per fortunaSi registrano inoltre progressi nella ricerca e nello sviluppo di II-VI,esistere2003-2010Durante questo periodo, II-VI ha ampliato il diametro dei cristalli da 50 mm a 100 mm e ha anche lanciato sul mercato 4HNSiC da 100 mm e SiC semi-isolante.

Didascalia: Substrato SiC 6H semi-isolante II-VI da 100 mm (in alto) eSubstrato in SiC 4HN da 100 mm (in basso).

Alla fine del 2010, AFRL ha firmato il suo contratto più importante con II-VI——Oltre 20 milioni di dollari statunitensi (circa 130 milioni di yuan), con particolare attenzione allo sviluppo e alla commercializzazioneSiC 4HN da 6 pollici e SiC semi-isolante 6H, nonché ulteriore espansione del diametro fino a 8 pollici..

Da quando ha ricevuto i finanziamenti, II-VI ha effettuato investimenti significativi in ​​strutture e attrezzature, tra cui l'ampliamento del suo stabilimento nel New Jersey e la creazione di due impianti di produzione nel Mississippi.

In definitiva, II-VI si basa sulla sua esclusiva tecnologia brevettataTrasporto fisico avanzato di vapore (APVT) e trasporto assiale di gradiente (AGT)tecnologia di crescita dei cristalli,Sono stati raggiunti gli obiettivi relativi ai monocristalli di SiC da 6 e 8 pollici.

II-VI ha dimostrato la realizzazione di SiC semi-isolante 6H da 100 mm senza microtubi e SiC 4HN da 150 mm rispettivamente nel 2013 e nel 2014; luglio 2015,È diventata la prima azienda a presentare display in SiC 4HN da 8 pollici.

Nel marzo 2017, AFRL ha assegnato a II-VI un quarto contratto della durata di cinque anni,Finanziamento governativo di 12 milioni di dollari (circa 774.8 miliardi di RMB)Questo lavoro si concentra sul miglioramento dell'efficienza produttiva, sulla riduzione dei difetti e sulla riduzione dei costi,Per far crescere e fabbricare 200 mm di SiC 4HN e SiC semi-isolante.

Questi cristalli di grande diametro privi di difetti sono stati coltivati ​​utilizzando una nuova piattaforma di crescita completamente automatizzata e II-VI ha ridotto con successo la densità di dislocazione di 200mm 4HN SiC aRidotto a 1881cm-2,QuelloInclude una densità di viti di 598 cm⁻² e una densità di base di 272 cm⁻².

In termini di carburo di silicio semi-isolante, II-VI utilizza la compensazione del vanadio per introdurre livelli energetici profondi all'interno del band gap,Siamo l'unico fornitore sul mercato di SiC semi-isolante drogato con vanadio, con la sua resistività riproducibile e altamente uniforme superiore a 1011Ω·cm.

2019 di ottobre,II-VI ha dimostrato per la prima volta nel settore la realizzazione di SiC semi-isolante 6H da 200 mm.

Negli anni passati 30,Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti finanzia con oltre 100,000 dollari i semiconduttori a banda larga.1 miliardo di dollari statunitensi (circa 6.457 miliardi di yuan)Si può affermare che sia nato un intero nuovo settore industriale.Aziende come Cree Research, Westinghouse, Northrop-Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow e Intrinsic, alcune sono state acquisite e altre sono scomparse.andWolfspeed-Cree, II-VI "Il vincitore prende tutto",L'attuale quota di mercato globale combinata delle due societàPiù del 70%.

Negli ultimi anni, con la rapida crescita della domanda di SiC in ambito commerciale e militare, queste due aziende hanno continuato ad espandere la produzione.Nel settembre 2019, Wolfspeed-Cree ha annunciato il suo impegno a investireUS $ 1 miliardiCostruzione del più grande impianto di produzione al mondo di semiconduttori di potenza e RF in SiC.E II-VI continua ad espandere la capacità produttiva in New Jersey, Pennsylvania e Massachusetts.

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