Há algum tempo, JD Blevins, do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA (AFRL), publicou um relatório apresentando o processo de desenvolvimento da indústria de SiC nos EUA.

Segundo relatos, a Universidade Estadual da Carolina do Norte vem conduzindo pesquisas sobre o crescimento por sublimação de SiC há muito tempo. Com diversas patentes importantes,A Cree-Research foi oficialmente fundada em 1987.Em 1991, tornou-se a primeira empresa a fornecer carboneto de silício comercialmente.

Figura 1. Substrato Cree de 25 mm de 6H-SiC e wafer Lely de 6H-SiC.

Além da Cree-Research, no início da década de 1990,Centro de Tecnologia Westinghouse e Advanced Technology Materials Inc. (ATMI)Eles também estão ativamente envolvidos em pesquisa e desenvolvimento de SiC.

mas,As primeiras pesquisas sobre o crescimento de SiC por sublimação foram repletas de altos e baixos.Existem vários desafios técnicos difíceis de superar, incluindo microtubulação, dopagem, controle de politipos, expansão de diâmetro e defeitos cristalinos.

A Cree-Research lançou diodos SiC 6H de 25 mm em 1991 e diodos SiC 4H de 50 mm em 1998. Embora existam vários fornecedores que produzem produtos semelhantes,Os preços são muito altos e a densidade de microtúbulos ultrapassa 100 cm⁻³.-2.

Figura 2. Fornecedores e especificações dos primeiros monocristais de carbeto de silício para sublimação.

Para promover uma comercialização mais ampla do SiC, a Lei de Produção de Defesa dos EUA de 1999"Plano do Título III"Fornecendo o capital inicial tão necessário para a indústria de SiC, a Força Aérea dos EUA concedeu "contratos de compartilhamento de custos" a 3 empresas.Incluindo Cree-Research, Sterling (ATMI) e Litton-Airtron,O objetivo é expandir o diâmetro do substrato de SiC para 75 mm e melhorar a qualidade do cristal.

A partir de 2002, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA (DARPA)Plano WBGSTambém dedica grande atenção ao desenvolvimento de materiais semicondutores de banda proibida larga.Tanto a Cree como a Sterling receberam contratos relevantes.O objetivo é expandir os diâmetros dos substratos de SiC tipo N e semi-isolantes para 100 mm e reduzir a densidade de microtubos para menos de 1 cm-2.

No entanto, nem todas as empresas que recebem financiamento têm sucesso.

Dezembro 2000,Indústrias Littonfoi vendida por um preço de US$ 3.8 bilhões (aproximadamente 24.5 bilhões de yuans), ou US$ 80 por ação.Northrop Grummanaquisição. No final de 2001, o departamento de P&D de SiC da Litton-AirtronAdquirido por II-VI.

Em 2002, apenas algumas semanas após ter ganho o contrato com a DARPA,EsterlinoA Uniroyal Corporation, empresa controladora da Uniroyal Corporation, entrou com pedido de falência, resultando na saída de pessoal técnico essencial.A Dow Corning adquiriu imediatamente a Sterling.

e,O desenvolvimento inicial da tecnologia SiC ficou muito aquém das metas do plano contratual.Como você pode ver na imagem abaixo, a qualidade da Cree é significativamente melhor do que a de seus concorrentes.

Figura 4. Imagens de polarização cruzada de LEDs Cree de 75 mm, DOW de 75 mm e II-VI de 50 mm em SiC 4HN (acima) e SiC semi-isolante (abaixo), por volta de 2002.

Em 2005, o apoio da DARPA aos substratos de SiC praticamente terminou.Apenas a Cree demonstrava fortes indícios de aceleração na comercialização de substratos de SiC. Naquela época, a pesquisa e o desenvolvimento da Dow Corning ainda enfrentavam dificuldades, e o progresso da II-VI também era muito lento.

Posteriormente, a DARPA concentrou seus investimentos principalmente em interruptores de potência de SiC e dispositivos de RF de GaN, dos quais o negócio de substratos da Cree se beneficiou.

No início dos anos 2000, a Cree continuou liderando o desenvolvimento e a promoção da tecnologia de substratos de SiC. Por meio da integração vertical, a empresa conseguiu impulsionar diretamente melhorias na qualidade do material, atendendo à demanda interna.Mas isso também significa que seus clientes de substrato e epitaxia são seus principais concorrentes.

Os Estados Unidos acreditam queExiste apenas um fornecedor de substratos de SiC, o que pode dificultar o desenvolvimento da indústria.Os fornecedores de substratos de SiC puro são essenciais para o desenvolvimento e a comercialização a longo prazo das tecnologias de dispositivos de SiC e GaN.

Portanto, de 2003 a 2017,A AFRL concedeu 4 grandes contratos à empresa II-VI, totalizando mais de 350 milhões de yuans.

O principal objetivo dos dois primeiros contratos é expandir o diâmetro do SiC 4HN para 100 mm.No entanto, naquela época, a área da borda de SiC 6H semi-isolante de 100 mm do II-VI estava coberta com grãos formados e outros defeitos.A densidade de microtúbulos atinge 117 cm⁻²(imagem abaixo).

Portanto, ao apoiar II-VI,A AFRL também apoia a Intrinsic no desenvolvimento de SiC.A Intrinsic é feita porSApós a aquisição de pratade pessoal-chave.

A Intrinsic demonstrou de forma rápida e bem-sucedida a produção de SiC de alta qualidade com 100 mm de espessura em menos de dois anos.Mais importante ainda, em setembro de 2005, a Intrinsic assumiu a liderança no lançamentoMicropipetas Zero (ZMPTM) 4HN SiC(imagem abaixo).

Mas em julho de 2006,Cree adquire IntrínsecoEm 2007, a Cree lançou SiC 4HN ZMPTM de 100 mm e SiC semi-isolante de 100 mm.

FelizmenteTambém há progresso na pesquisa e desenvolvimento de II-VI.,exist2003-2010Durante esse período, a II-VI expandiu o diâmetro do cristal de 50 mm para 100 mm e também lançou 4HNSiC de 100 mm e SiC semi-isolante.

Legenda: Substrato de SiC 6H semi-isolante II-VI de 100 mm (acima) eSubstrato de SiC 4HN de 100 mm (parte inferior).

No final de 2010, a AFRL assinou seu maior contrato com a II-VI——Mais de 20 milhões de dólares americanos (aproximadamente 130 milhões de yuans), com foco no desenvolvimento e na comercializaçãoSiC 4HN de 6 polegadas e SiC 6H semi-isolante, além da expansão contínua do diâmetro para 8 polegadas..

Desde que recebeu o financiamento, a II-VI fez investimentos significativos em instalações e equipamentos, incluindo a expansão de sua unidade em Nova Jersey e o estabelecimento de duas fábricas no Mississippi.

Em última análise, a II-VI depende de sua patente exclusivaTransporte Físico Avançado de Vapor (APVT) e Transporte de Gradiente Axial (AGT)tecnologia de crescimento de cristais,Os objetivos de produzir monocristais de SiC de 6 e 8 polegadas foram alcançados.

A II-VI demonstrou SiC semi-isolante 6H de 100 mm e SiC 4HN de 150 mm sem microtubos em 2013 e 2014, respectivamente; julho de 2015,Tornou-se a primeira empresa a exibir painéis de 8 polegadas com SiC 4HN.

Em março de 2017, a AFRL concedeu à II-VI um quarto contrato com duração de cinco anos.Financiamento governamental de US$ 12 milhões (aproximadamente RMB 774.8 bilhões)Este trabalho tem como foco a melhoria da eficiência da produção, a redução de defeitos e a redução de custos.Cultivar e fabricar 200 mm de SiC 4HN e SiC semi-isolante.

Esses cristais de grande diâmetro e sem defeitos foram cultivados usando uma nova plataforma de crescimento totalmente automatizada, e a II-VI reduziu com sucesso a densidade de deslocamento de 200 mm de SiC 4HN paraReduzido para 1881cm-2,QueInclui uma densidade de parafusos de 598 cm-2 e uma densidade de base de 272 cm-2.

Em termos de carbeto de silício semi-isolante, o composto II-VI utiliza compensação de vanádio para introduzir níveis de energia profundos dentro da banda proibida.Somos o único fornecedor no mercado de SiC semi-isolante dopado com vanádio., com sua resistividade reproduzível e altamente uniforme superior a 1011Ω·cm.

Outubro 2019,A II-VI demonstrou, pela primeira vez na indústria, a utilização de SiC semi-isolante 6H de 200 mm.

Ao longo dos anos 30 anteriores,O Departamento de Defesa dos EUA destina mais de 100,000 mil dólares para semicondutores de banda larga.1 bilhão de dólares americanos (aproximadamente 6.457 bilhões de yuans)Pode-se dizer que nasceu uma indústria completamente nova.Empresas como Cree Research, Westinghouse, Northrop-Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow e Intrinsic, algumas foram adquiridas e outras desapareceram.eWolfspeed-Cree, II-VI "O vencedor leva tudo",A atual participação de mercado global combinada das duas empresas.Mais de 70%.

Nos últimos anos, com o rápido crescimento da demanda comercial e militar por SiC, essas duas empresas também continuaram a expandir a produção.Em setembro de 2019, a Wolfspeed-Cree anunciou seu compromisso de investir.US $ 1 bilhõesConstruindo a maior fábrica de semicondutores de potência e radiofrequência (RF) de SiC do mundo.E a II-VI continua a expandir sua capacidade de produção em Nova Jersey, Pensilvânia e Massachusetts.

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