얼마 전, 미 공군 연구소(AFRL)의 JD 블레빈스는 미국 실리콘 케미컬(SiC) 산업의 발전 과정을 소개하는 보고서를 발표했습니다.

보도에 따르면 노스캐롤라이나 주립대학교는 오랫동안 SiC 승화 성장 연구를 진행해 왔으며, 다수의 핵심 특허를 보유하고 있습니다.크리 연구소는 1987년에 공식적으로 설립되었습니다.1991년, 이 회사는 최초로 상업용 탄화규소를 공급한 기업이 되었습니다.

그림 1. Cree25mm 6H-SiC 기판 및 6H-SiC Lely 웨이퍼.

크리 연구소 외에도 1990년대 초에는웨스팅하우스 기술 센터 및 첨단 기술 재료 주식회사(ATMI)그들은 또한 SiC 연구 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다.

목표실리콘 탄소(SiC) 승화 성장법에 대한 초기 연구는 부침이 심했습니다.미세관 형성, 도핑, 다형체 제어, 직경 확장 및 결정 결함 등 극복하기 어려운 다양한 기술적 과제가 존재합니다.

크리 리서치는 1991년에 25mm 6H SiC를, 1998년에 50mm 4H SiC를 출시했습니다. 유사한 제품을 생산하는 여러 공급업체가 있지만,가격이 매우 비싸고, 미세소관 밀도는 100cm를 초과합니다.-2 。

그림 2. 초기 승화형 탄화규소 단결정 공급업체 및 사양.

실리콘 칼슘(SiC)의 상용화를 확대하기 위해 미국 국방생산법(Defense Production Act of 1999)이 제정되었습니다."제3장 계획"미 공군은 실리콘 개질화학(SiC) 산업에 절실히 필요한 초기 자본을 제공하기 위해 3개 회사에 "비용 분담 계약"을 체결했습니다.크리 리서치, 스털링(ATMI), 리튼 에어트론 등이 포함됩니다.목표는 SiC 기판의 직경을 75mm까지 확장하고 결정 품질을 향상시키는 것입니다.

2002년부터 미국 국방고등연구계획국(DARPA)은WBGS 계획또한 넓은 밴드갭 반도체 소재 개발에도 큰 관심을 기울이고 있습니다.크리와 스털링 모두 관련 계약을 수주했습니다.목표는 N형 및 반절연 SiC 기판의 직경을 100mm까지 확장하고 마이크로튜브 밀도를 1cm⁻² 미만으로 줄이는 것입니다.

하지만 자금을 지원받는 모든 기업이 성공하는 것은 아닙니다.

12 월 2000,리튼 산업해당 기업은 3.8억 달러(약 24.5억 위안) 또는 주당 80달러에 매각되었습니다.노스 롭 그루먼인수. 2001년 말, 리튼-에어트론의 SiC 연구 개발 부서는II-VI에 의해 획득됨.

2002년, DARPA 계약을 수주한 지 불과 몇 주 만에,진정한유니로얄 코퍼레이션의 모회사인 유니로얄 코퍼레이션이 파산 신청을 하면서 핵심 기술 인력들이 대거 유출되었다.다우 코닝은 즉시 스털링을 인수했습니다.

과,초기 SiC 기술 개발은 계약 계획 목표에 크게 미치지 못했습니다.아래 사진에서 보시다시피, 크리의 품질은 경쟁사 제품보다 훨씬 뛰어납니다.

그림 4. 2002년경 Cree 75mm, DOW 75mm 및 II-VI 50mm 4HN SiC(상단)와 반절연 SiC(하단)의 교차 편광 이미지.

2005년에 DARPA의 SiC 기판 지원은 사실상 종료되었습니다.크리(Cree)만이 SiC 기판의 상용화를 가속화할 강력한 조짐을 보였다. 당시 다우코닝(Dow Corning)의 연구 개발은 여전히 ​​어려움을 겪고 있었고, II-VI의 개발 속도 또한 매우 느렸다.

이후 DARPA는 주로 SiC 전력 스위치와 GaN RF 장치에 투자를 집중했고, 이로 인해 크리의 기판 사업이 수혜를 입었습니다.

2000년대 초반, 크리는 SiC 기판 기술의 개발 및 홍보를 선도해 나갔습니다. 수직적 통합을 통해 내부 수요를 바탕으로 재료 품질 개선을 직접적으로 추진할 수 있었습니다.하지만 이는 기판 및 에피택시 고객이 동시에 주요 경쟁업체이기도 하다는 것을 의미합니다.

미국은 다음과 같이 믿는다.SiC 기판 공급업체가 단 한 곳뿐이어서 산업 발전에 걸림돌이 될 수 있습니다.순수 SiC 기판 공급업체는 SiC 및 GaN 소자 기술의 장기적인 개발과 상용화에 매우 중요합니다.

따라서 2003년부터 2017년까지,AFRL은 II-VI 회사에 총 3억 5천만 위안이 넘는 4건의 대형 계약을 체결했습니다.

첫 두 계약의 주요 목표는 4HN SiC의 직경을 100mm까지 확장하는 것입니다.그러나 당시 II-VI의 100mm 반절연 6H SiC 가장자리 영역에는 형성된 결정립 및 기타 결함이 덮여 있었습니다.미세소관 밀도는 117cm⁻²에 달합니다.(picture below).

따라서 II-VI를 지원하는 동시에,AFRL은 또한 Intrinsic의 SiC 개발을 지원합니다.Intrinsic은 ~에 의해 만들어집니다.S테를링이 인수된 후핵심 인력.

Intrinsic은 2년도 채 안 되는 기간에 고품질 100mm SiC 소자를 신속하고 성공적으로 시연했습니다.더욱 중요한 것은, 2005년 9월에 Intrinsic이 선두에 서서 출시했다는 점입니다.제로 마이크로파이프(ZMPTM) 4HN SiC(picture below).

하지만 2006년 7월에,크리는 인트린식(Intrinsic)을 인수합니다.2007년, 크리는 100mm 4HN ZMPTM SiC와 100mm 반절연 SiC를 출시했습니다.

다행히도II-VI 연구 개발에도 진전이 있습니다.,존재하다2003-2010이 기간 동안 II-VI는 결정 직경을 50mm에서 100mm로 확장했으며, 100mm 4HNSiC와 반절연 SiC도 출시했습니다.

캡션: II-VI 100mm 반절연 6H SiC 기판(상단) 및100mm 4HN SiC 기판(하단).

2010년 말, AFRL은 II-VI와 역대 최대 규모의 계약을 체결했습니다.2천만 달러 이상 (약 1억 3천만 위안)개발 및 상용화에 중점을 두고 있습니다.6-inch 4HN SiC and semi-insulating 6H SiC, as well as continued diameter expansion to 8 inches.

II-VI는 자금 지원을 받은 이후 뉴저지 시설을 확장하고 미시시피에 두 개의 제조 시설을 설립하는 등 시설 및 장비에 상당한 투자를 했습니다.

궁극적으로 II-VI는 독점 특허 기술에 의존합니다.고급 물리적 증기 수송(APVT) 및 축 방향 경사 수송(AGT)결정 성장 기술,6인치와 8인치 SiC 단결정 제작 목표가 달성되었다.

II-VI demonstrated microtube-free 100mm 6H semi-insulating and 150mm 4HN SiC in 2013 and 2014 respectively; July 2015,8인치 4HN SiC를 최초로 전시한 회사가 되었습니다.

2017년 3월, AFRL은 II-VI에 5년짜리 네 번째 계약을 체결했습니다.정부 지원금 12만 달러(약 774.8억 위안)본 연구는 제조 효율성 향상, 불량률 감소 및 비용 절감에 중점을 두고 있습니다.200mm 두께의 4HN SiC 및 반절연 SiC를 성장 및 제작한다.

이러한 결함 없는 대구경 결정은 새로운 완전 자동화 성장 플랫폼을 사용하여 성장되었으며, II-VI 공정은 200mm 4HN SiC의 전위 밀도를 성공적으로 감소시켰습니다.1881cm-2로 축소됨,저것스크류 밀도는 598cm⁻²이고 베이스 밀도는 272cm⁻²입니다.

반절연성 탄화규소의 경우, II-VI족은 바나듐 보상을 이용하여 밴드갭 내에 깊은 에너지 준위를 도입합니다.당사는 바나듐이 도핑된 반절연 SiC를 공급하는 유일한 시장 업체입니다.1011¹¹Ω·cm를 초과하는 재현성 있고 매우 균일한 저항률을 가지고 있습니다.

10월 2019,II-VI는 업계 최초로 200mm 크기의 6H 반절연 SiC를 시연했습니다.

지난 30 년 동안,U.S. Department of Defense funds more than 100,000 dollars for wide-bandgap semiconductors1 billion US dollars (approximately 6.457 billion yuan)이로써 완전히 새로운 산업이 탄생했다고 할 수 있습니다.크리 리서치, 웨스팅하우스, 노스럽-그루먼, ATMI, 스털링, 리튼-에어트론, 다우, 인트린식과 같은 회사들 중 일부는 인수되었고 일부는 사라졌습니다. Wolfspeed-Cree, II-VI "Winner Takes All",현재 두 회사의 합산 글로벌 시장 점유율70 % 이상.

최근 몇 년 동안 SiC의 상업 및 군사적 수요가 급증함에 따라 이 두 회사도 생산량을 지속적으로 확대해 왔습니다.2019년 9월, Wolfspeed-Cree는 투자 계획을 발표했습니다.US $ 1 억세계 최대 규모의 SiC 전력 및 RF 제조 시설을 건설합니다.II-VI는 뉴저지, 펜실베이니아, 매사추세츠에서 제조 역량을 지속적으로 확장하고 있습니다.

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