Enige tijd geleden publiceerde JD Blevins van het US Air Force Research Laboratory (AFRL) een rapport waarin hij het ontwikkelingsproces van de Amerikaanse SiC-industrie beschreef.

Volgens berichten doet de North Carolina State University al lange tijd onderzoek naar de sublimatiegroei van SiC. Met een aantal belangrijke patenten op haar naam,Cree-Research werd officieel opgericht in 1987.In 1991 werd het het eerste bedrijf dat commercieel siliciumcarbide leverde.

Afbeelding 1. Cree25mm 6H-SiC substraat en 6H-SiC Lely wafer.

Naast Cree-Research, in het begin van de jaren negentig,Westinghouse Technology Center en Advanced Technology Materials Inc. (ATMI)Ze zijn ook actief betrokken bij onderzoek en ontwikkeling op het gebied van SiC.

doel,Het vroege onderzoek naar de sublimatiegroei van SiC kende veel hoogte- en dieptepunten.Er zijn diverse technische uitdagingen die moeilijk te overwinnen zijn, waaronder micropiping, doping, polytypecontrole, diametervergroting en kristaldefecten.

Cree-Research introduceerde de 25mm 6H SiC in 1991 en de 50mm 4H SiC in 1998. Hoewel er meerdere leveranciers zijn die vergelijkbare producten produceren,De prijzen zijn erg hoog en de dichtheid van microtubuli bedraagt ​​meer dan 100 cm.-2.

Figuur 2. Leveranciers en specificaties van vroege sublimatie-siliciumcarbide-eenkristallen.

Om de bredere commercialisering van SiC te bevorderen, werd in de VS de Defense Production Act van 1999 aangenomen."Titel III-plan"De Amerikaanse luchtmacht heeft, door middel van "kostenverdelingscontracten" met drie bedrijven, het broodnodige startkapitaal voor de SiC-industrie verstrekt.Inclusief Cree-Research, Sterling (ATMI) en Litton-Airtron,Het doel is om de diameter van het SiC-substraat te vergroten tot 75 mm en de kristalkwaliteit te verbeteren.

Vanaf 2002 heeft het Amerikaanse Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)WBGS-planBesteedt ook veel aandacht aan de ontwikkeling van halfgeleidermaterialen met een brede bandgap.Zowel Cree als Sterling kregen relevante contracten toegewezen.Het doel is om de diameter van N-type en semi-isolerende SiC-substraten te vergroten tot 100 mm en de microbuisdichtheid te verlagen tot minder dan 1 cm⁻².

Niet alle bedrijven die financiering ontvangen, doen het echter even goed.

December 2000,Litton Industrieswerd verkocht voor een prijs van 3.8 miljard dollar (ongeveer 24.5 miljard yuan), oftewel 80 dollar per aandeel.Northrop Grummanovername. Eind 2001 werd de SiC R&D-afdeling van Litton-Airtron overgenomen.Verworven door II-VI.

In 2002, slechts enkele weken nadat het DARPA-contract was toegekend,SterlingUniroyal Corporation, het moederbedrijf van Uniroyal Corporation, heeft faillissement aangevraagd, wat heeft geleid tot het vertrek van belangrijk technisch personeel.Dow Corning nam Sterling direct over.

en,De vroege ontwikkeling van de SiC-technologie bleef ver achter bij de doelstellingen van het contract.Zoals je op de onderstaande afbeelding kunt zien, is de kwaliteit van Cree aanzienlijk beter dan die van de concurrentie.

Figuur 4. Kruispolarisatiebeelden van Cree 75mm, DOW 75mm en II-VI 50mm 4HN SiC (boven) en semi-isolerend SiC (onder), circa 2002.

In 2005 eindigde de ondersteuning van DARPA voor SiC-substraten in feite.Alleen Cree vertoonde sterke tekenen van een versnelde commercialisering van SiC-substraten. Destijds kampte Dow Corning nog met problemen op het gebied van onderzoek en ontwikkeling, en ook de vooruitgang van II-VI verliep zeer traag.

Vervolgens concentreerde DARPA zijn investeringen voornamelijk op SiC-vermogensschakelaars en GaN RF-componenten, waarvan Cree's substraatactiviteiten profiteerden.

Begin jaren 2000 bleef Cree toonaangevend in de ontwikkeling en promotie van SiC-substraattechnologie. Door verticale integratie konden ze de materiaalkwaliteit direct verbeteren op basis van de interne vraag.Maar dit betekent ook dat hun klanten op het gebied van substraten en epitaxie tevens hun belangrijkste concurrenten zijn.

De Verenigde Staten zijn van mening datEr is slechts één leverancier van SiC-substraten, wat de ontwikkeling van de industrie kan belemmeren.Leveranciers van zuivere SiC-substraten zijn cruciaal voor de langetermijnontwikkeling en commercialisering van SiC- en GaN-apparaattechnologieën.

Daarom, van 2003 tot 2017,AFRL heeft vier grote contracten aan II-VI Company toegekend, met een totale waarde van meer dan 350 miljoen yuan.

Het hoofddoel van de eerste twee contracten is het vergroten van de diameter van 4HN SiC tot 100 mm.Destijds was het 100 mm lange, semi-isolerende 6H SiC-randgebied van II-VI echter bedekt met gevormde korrels en andere defecten.De microtubuledichtheid bereikt 117 cm⁻².(zie onderstaande afbeelding).

Daarom, terwijl we II-VI ondersteunen,AFRL ondersteunt Intrinsic ook bij de ontwikkeling van SiC.Intrinsiek wordt gemaakt doorSNadat Terling was overgenomenvan sleutelpersoneel.

Intrinsic heeft in minder dan twee jaar tijd snel en succesvol hoogwaardig 100 mm SiC gedemonstreerd.Belangrijker nog, in september 2005 nam Intrinsic het voortouw bij de release van...Zero Micropipes (ZMPTM) 4HN SiC(zie onderstaande afbeelding).

Maar in juli 2006,Cree verwerft IntrinsiekIn 2007 bracht Cree 100 mm 4HN ZMPTM SiC en 100 mm semi-isolerende SiC op de markt.

GelukkigEr wordt ook vooruitgang geboekt in het onderzoek en de ontwikkeling van II-VI.,bestaan2003-2010In deze periode heeft II-VI de kristaldiameter vergroot van 50 mm naar 100 mm en tevens 100 mm 4HNSiC en semi-isolerend SiC op de markt gebracht.

Omschrijving: II-VI 100 mm semi-isolerend 6H SiC-substraat (boven) en100 mm 4HN SiC-substraat (onderaan).

Eind 2010 tekende AFRL zijn grootste contract tot nu toe met II-VI.Meer dan 20 miljoen Amerikaanse dollar (ongeveer 130 miljoen yuan)met de nadruk op ontwikkeling en commercialisering6-inch 4HN SiC en semi-isolerend 6H SiC, en een verdere diametervergroting tot 8 inch..

Sinds de toekenning van de financiering heeft II-VI aanzienlijke investeringen gedaan in faciliteiten en apparatuur, waaronder de uitbreiding van de vestiging in New Jersey en de oprichting van twee productiefaciliteiten in Mississippi.

Uiteindelijk vertrouwt II-VI op zijn exclusieve gepatenteerde technologie.Geavanceerd fysiek damptransport (APVT) en axiaal gradiënttransport (AGT)kristalgroeitechnologie,De doelstellingen voor 6-inch en 8-inch SiC-eenkristallen zijn bereikt.

II-VI demonstreerden microbuisvrije 100mm 6H semi-isolerende en 150mm 4HN SiC-structuren in respectievelijk 2013 en 2014; juli 2015,Werd het eerste bedrijf dat 8-inch 4HN SiC-displays presenteerde.

In maart 2017 kende AFRL II-VI een vierde contract toe voor een periode van vijf jaar.Overheidsfinanciering van 12 miljoen dollar (ongeveer 774.8 miljard RMB)Dit werk richt zich op het verbeteren van de productie-efficiëntie, het verminderen van defecten en het verlagen van de kosten.Het doel is om 200 mm 4HN SiC en semi-isolerend SiC te kweken en te produceren.

Deze defectvrije kristallen met grote diameter werden gekweekt met behulp van een nieuw, volledig geautomatiseerd groeiplatform, en II-VI slaagde erin de dislocatiedichtheid van 200 mm 4HN SiC te reduceren totGereduceerd tot 1881 cm-2,DatDit omvat een schroefdichtheid van 598 cm⁻² en een basisdichtheid van 272 cm⁻².

Wat betreft halfgeleidend siliciumcarbide, gebruikt II-VI vanadiumcompensatie om diepe energieniveaus binnen de bandkloof te introduceren.Wij zijn de enige leverancier op de markt van halfgeleidend SiC gedoteerd met vanadium., met een reproduceerbare en zeer uniforme soortelijke weerstand van meer dan 1011¹¹ Ω·cm.

Oktober 2019,II-VI demonstreerde als eerste in de industrie een 200 mm 6H semi-isolerend SiC-materiaal.

De afgelopen jaren 30,Het Amerikaanse ministerie van Defensie investeert meer dan 100,000 dollar in halfgeleiders met een brede bandgap.1 miljard Amerikaanse dollar (ongeveer 6.457 miljard yuan)Je zou kunnen zeggen dat er een compleet nieuwe industrie is ontstaan.Bedrijven zoals Cree Research, Westinghouse, Northrop-Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow en Intrinsic zijn deels overgenomen en deels verdwenen.enWolfspeed-Cree, II-VI "Winner Takes All",Het huidige gecombineerde wereldwijde marktaandeel van de twee bedrijvenMeer dan 70%.

De afgelopen jaren is de commerciële en militaire vraag naar SiC snel toegenomen, en deze twee bedrijven hebben hun productie dan ook verder uitgebreid.In september 2019 kondigde Wolfspeed-Cree aan te gaan investeren.US $ 1 miljardDe grootste SiC-productiefaciliteit ter wereld voor vermogens- en RF-componenten wordt gebouwd.En II-VI blijft de productiecapaciteit in New Jersey, Pennsylvania en Massachusetts uitbreiden.

Disclaimer: Dit artikel is overgenomen uit "Third Generation Semiconductor Trends". Dit artikel geeft uitsluitend de persoonlijke mening van de auteur weer en vertegenwoordigt niet de standpunten van Sacco Micro en de industrie. Het is alleen toegestaan ​​om dit artikel te herdrukken en te delen ter ondersteuning van de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk op het auteursrecht contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.