Некоторое время назад Джей Ди Блевинс из Исследовательской лаборатории ВВС США (AFRL) опубликовал доклад, в котором описал процесс развития американской индустрии карбида кремния (SiC).

Согласно сообщениям, Университет штата Северная Каролина уже давно проводит исследования по сублимационному росту карбида кремния (SiC). Он имеет ряд ключевых патентов.Cree-Research was officially established in 1987.In 1991, it became the first company to provide commercial silicon carbide.

Рисунок 1. Подложка Cree25mm из 6H-SiC и кремниевая пластина Lely из 6H-SiC.

Помимо Cree-Research, в начале 1990-х годов,Westinghouse Technology Center and Advanced Technology Materials Inc. (ATMI)Они также активно участвуют в исследованиях и разработках в области карбида кремния.

но,Первые исследования роста карбида кремния методом сублимации были полны взлетов и падений.There are various technical challenges that are difficult to overcome, including micropiping, doping, polytype control, diameter expansion, and crystal defects.

Компания Cree-Research выпустила 25-мм кремниевые кристаллы 6H SiC в 1991 году и 50-мм кристаллы 4H SiC в 1998 году. Хотя существует множество поставщиков, производящих аналогичную продукцию,The prices are very expensive, and the density of microtubules exceeds 100cm-2 。

Figure 2. Early sublimation silicon carbide single crystal suppliers and specifications.

In order to promote wider commercialization of SiC, the U.S. Defense Production Act of 1999"Title III Plan"В целях предоставления столь необходимого стартового капитала для отрасли производства карбида кремния, ВВС США заключили «контракты на совместное финансирование» с тремя компаниями.Including Cree-Research, Sterling (ATMI) and Litton-Airtron,The goal is to expand the SiC substrate diameter to 75mm and improve crystal quality.

Начиная с 2002 года, Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов США (DARPA)план WBGSТакже уделяется большое внимание разработке полупроводниковых материалов с широкой запрещенной зоной.Both Cree and Sterling were awarded relevant contracts,The goal is to expand N-type and semi-insulating SiC substrate diameters to 100mm and reduce microtube density to less than 1cm-2.

Однако не все предприятия, получающие финансирование, добиваются успеха.

Декабрь 2000,Литтон Индастризбыла продана по цене 3.8 миллиарда долларов США (приблизительно 24.5 миллиарда юаней) или 80 долларов США за акцию.Нортроп Грумманприобретение. В конце 2001 года отдел исследований и разработок SiC компании Litton-AirtronПриобретено II-VI.

In 2002, just weeks after being awarded the DARPA contract,SterlingКомпания Uniroyal Corporation, материнская компания Uniroyal Corporation, подала заявление о банкротстве, что привело к оттоку ключевого технического персонала.Компания Dow Corning немедленно приобрела компанию Sterling.

а также,На начальном этапе развития технологии SiC результаты значительно отставали от целей, предусмотренных контрактом.As you can see from the picture below, Cree's quality is significantly better than its competitors.

Figure 4. Cross-polarization images of Cree 75mm, DOW 75mm and II-VI 50mm 4HN SiC (top) and semi-insulating SiC (bottom), circa 2002.

In 2005, DARPA’s support for SiC substrates basically ended.Только компания Cree демонстрирует явные признаки ускорения коммерциализации подложек из карбида кремния. В то время исследования и разработки Dow Corning все еще испытывали трудности, и прогресс в разработке II-VI также был очень медленным.

Впоследствии DARPA сосредоточила свои инвестиции главным образом на силовых переключателях на основе SiC и радиочастотных устройствах на основе GaN, от чего выиграло и подразделение Cree по производству подложек.

В начале 2000-х годов компания Cree продолжала лидировать в разработке и продвижении технологии подложек из карбида кремния (SiC). Благодаря вертикальной интеграции, они смогли напрямую добиваться улучшения качества материалов за счет удовлетворения внутреннего спроса.Но это также означает, что их клиенты, использующие субстраты и методы эпитаксии, являются и их главными конкурентами.

Соединенные Штаты считают, чтоСуществует лишь один поставщик подложек из карбида кремния, что может препятствовать развитию отрасли.Поставщики подложек из чистого карбида кремния (SiC) играют решающую роль в долгосрочном развитии и коммерциализации технологий устройств на основе SiC и GaN.

Therefore, from 2003 to 2017,AFRL заключила с компанией II-VI 4 крупных контракта на общую сумму более 350 миллионов юаней.

Главная цель первых двух контрактов — увеличение диаметра 4HN SiC до 100 мм.However, at that time, II-VI’s 100 mm semi-insulating 6H SiC edge area was covered with formed grains and other defects,Плотность микротрубочек достигает 117 см⁻².(картинка ниже).

Следовательно, поддерживая II-VI,AFRL также оказывает поддержку компании Intrinsic в разработке SiC.Внутреннее устройство создается путемSПосле приобретения Терлингаof key personnel.

Компания Intrinsic быстро и успешно продемонстрировала высокое качество 100-мм SiC менее чем за два года.Что еще более важно, в сентябре 2005 года компания Intrinsic возглавила процесс выпуска этой продукции.Микротрубки Zero (ZMP™) 4HN SiC(картинка ниже).

Но в июле 2006 года,Кри приобретает Интринсик. In 2007, Cree released 100mm 4HN ZMPTM SiC, and 100 mm semi-insulating SiC.

К счастьюThere is also progress in the research and development of II-VI,существовать2003-2010В этот период компания II-VI увеличила диаметр кристаллов с 50 мм до 100 мм, а также выпустила 4HNSiC диаметром 100 мм и полуизолирующий SiC.

Caption: II-VI 100-mm semi-insulating 6H SiC substrate (top) and100mm 4HN SiC substrate (bottom).

В конце 2010 года AFRL подписала свой крупнейший контракт с II-VI——Более 20 миллионов долларов США (приблизительно 130 миллионов юаней)с упором на разработку и коммерциализацию.6-дюймовые трубки из карбида кремния 4HN и полуизолирующего карбида кремния 6H, а также дальнейшее расширение диаметра до 8 дюймов..

После получения финансирования компания II-VI осуществила значительные инвестиции в производственные мощности и оборудование, включая расширение своего предприятия в Нью-Джерси и создание двух производственных предприятий в Миссисипи.

В конечном итоге, II-VI опирается на свой эксклюзивный запатентованный продукт.Расширенные методы физического переноса пара (APVT) и осевого градиентного переноса (AGT)технология выращивания кристаллов,Цели по получению монокристаллов SiC размером 6 и 8 дюймов были достигнуты.

В 2013 и 2014 годах II-VI продемонстрировали полуизолирующие материалы SiC диаметром 100 мм (6H) и 150 мм (4HN) без микротрубок; июль 2015 года.Became the first company to display 8-inch 4HN SiC.

В марте 2017 года AFRL заключила с II-VI четвертый контракт сроком на пять лет.Государственное финансирование в размере 12 миллионов долларов США (приблизительно 774.8 миллиарда юаней).Данная работа направлена ​​на повышение эффективности производства, снижение количества дефектов и сокращение затрат.To grow and fabricate 200mm of 4HN SiC and semi-insulating SiC.

Эти бездефектные кристаллы большого диаметра были выращены с использованием новой полностью автоматизированной платформы для выращивания, и соединения II-VI успешно снизили плотность дислокаций в 200-мм 4HN SiC доУменьшено до 1881 см⁻²,ЧтоIncludes a screw density of 598 cm-2 and a base density of 272 cm-2.

Что касается полуизолирующего карбида кремния, то в соединениях II-VI используется компенсация ванадия для создания глубоких энергетических уровней в запрещенной зоне.Мы являемся единственным на рынке поставщиком полуизолирующего карбида кремния, легированного ванадием., обладающий воспроизводимым и высокооднородным удельным сопротивлением, превышающим 1011 Ом·см.

Октябрь 2019,II-VI demonstrated 200 mm 6H semi-insulating SiC for the first time in the industry.

За последние годы 30,U.S. Department of Defense funds more than 100,000 dollars for wide-bandgap semiconductors1 миллиард долларов США (приблизительно 6.457 миллиарда юаней)Можно сказать, что родилась совершенно новая отрасль.Такие компании, как Cree Research, Westinghouse, Northrop-Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow и Intrinsic, некоторые были приобретены, а некоторые исчезли. и Wolfspeed-Cree, II-VI «Победитель получает всё»,Текущая совокупная глобальная рыночная доля двух компанийБолее 70%.

In recent years, as SiC commercial and military demand has grown rapidly, these two companies have also continued to expand production.В сентябре 2019 года компания Wolfspeed-Cree объявила о своем намерении инвестироватьUS $ 1 млрд.Строительство крупнейшего в мире завода по производству силовых и радиочастотных устройств на основе SiC.Компания II-VI продолжает расширять производственные мощности в Нью-Джерси, Пенсильвании и Массачусетсе.

Отказ от ответственности: Данная статья воспроизведена из издания "Third Generation Semiconductor Trend". Эта статья отражает только личное мнение автора и не представляет точку зрения компании Sacco Micro и отрасли в целом. Перепечатка и распространение разрешены только в целях защиты прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, указывайте первоисточник и автора при перепечатке. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.