Cách đây không lâu, JD Blevins thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Hoa Kỳ (AFRL) đã công bố một báo cáo giới thiệu quá trình phát triển của ngành công nghiệp SiC của Hoa Kỳ.

Theo các báo cáo, Đại học bang Bắc Carolina đã tiến hành nghiên cứu về sự phát triển thăng hoa của SiC trong một thời gian dài. Với một số bằng sáng chế quan trọng,Viện Nghiên cứu Cree được chính thức thành lập vào năm 1987.Năm 1991, công ty này trở thành công ty đầu tiên cung cấp silicon carbide thương mại.

Hình 1. Đế Cree 25mm 6H-SiC và tấm wafer Lely 6H-SiC.

Ngoài Cree-Research, vào đầu những năm 1990,Trung tâm Công nghệ Westinghouse và Công ty Vật liệu Công nghệ Tiên tiến (ATMI)Họ cũng tích cực tham gia vào nghiên cứu và phát triển SiC.

nhưng,Những nghiên cứu ban đầu về phương pháp tăng trưởng SiC bằng thăng hoa đã trải qua nhiều thăng trầm.Có nhiều thách thức kỹ thuật khó vượt qua, bao gồm tạo đường ống siêu nhỏ, pha tạp, kiểm soát đa hình, giãn nở đường kính và các khuyết tật tinh thể.

Cree-Research đã ra mắt tấm silicon 6H SiC 25mm vào năm 1991 và tấm silicon 4H SiC 50mm vào năm 1998. Mặc dù có nhiều nhà cung cấp sản xuất các sản phẩm tương tự,Giá thành rất đắt đỏ, và mật độ vi ống vượt quá 100cm.-2 。

Hình 2. Các nhà cung cấp và thông số kỹ thuật của tinh thể đơn cacbua silic thăng hoa giai đoạn đầu.

Để thúc đẩy việc thương mại hóa rộng rãi hơn SiC, Đạo luật Sản xuất Quốc phòng Hoa Kỳ năm 1999 đã được ban hành."Kế hoạch theo Điều III"Để cung cấp nguồn vốn khởi nghiệp rất cần thiết cho ngành công nghiệp SiC, Không quân Hoa Kỳ đã trao các "hợp đồng chia sẻ chi phí" cho 3 công ty.Bao gồm Cree-Research, Sterling (ATMI) và Litton-Airtron,Mục tiêu là mở rộng đường kính đế SiC lên 75mm và cải thiện chất lượng tinh thể.

Bắt đầu từ năm 2002, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng Hoa Kỳ (DARPA)Kế hoạch WBGSNgoài ra, công ty cũng rất chú trọng đến việc phát triển các vật liệu bán dẫn có dải năng lượng rộng.Cả Cree và Sterling đều được trao các hợp đồng liên quan.Mục tiêu là mở rộng đường kính chất nền SiC loại N và bán cách điện lên 100mm và giảm mật độ vi ống xuống dưới 1cm-2.

Tuy nhiên, không phải tất cả các doanh nghiệp nhận được vốn đầu tư đều thành công.

Tháng Mười Hai 2000,Công nghiệp LittonCông ty đã được bán với giá 3.8 tỷ đô la Mỹ (khoảng 24.5 tỷ nhân dân tệ) hoặc 80 đô la Mỹ mỗi cổ phiếu.Northrop Grummanviệc mua lại. Vào cuối năm 2001, bộ phận Nghiên cứu và Phát triển SiC của Litton-Airtron.Được II-VI mua lại.

Năm 2002, chỉ vài tuần sau khi được trao hợp đồng với DARPA,SterlingTập đoàn Uniroyal, công ty mẹ của Uniroyal Corporation, đã nộp đơn xin phá sản, dẫn đến việc nhiều nhân sự kỹ thuật chủ chốt rời bỏ công ty.Dow Corning đã ngay lập tức mua lại Sterling.

và,Việc phát triển công nghệ SiC giai đoạn đầu đã không đạt được các mục tiêu đề ra trong hợp đồng.Như bạn có thể thấy từ hình ảnh bên dưới, chất lượng của Cree tốt hơn đáng kể so với các đối thủ cạnh tranh.

Hình 4. Ảnh phân cực chéo của Cree 75mm, DOW 75mm và II-VI 50mm 4HN SiC (trên) và SiC bán cách điện (dưới), khoảng năm 2002.

Về cơ bản, vào năm 2005, sự hỗ trợ của DARPA dành cho chất nền SiC đã chấm dứt.Chỉ có Cree là cho thấy dấu hiệu mạnh mẽ về việc đẩy nhanh quá trình thương mại hóa chất nền SiC. Vào thời điểm đó, nghiên cứu và phát triển của Dow Corning vẫn đang gặp khó khăn, và tiến độ của II-VI cũng rất chậm.

Sau đó, DARPA tập trung đầu tư chủ yếu vào các công tắc nguồn SiC và thiết bị RF GaN, từ đó mảng kinh doanh chất nền của Cree được hưởng lợi.

Đầu những năm 2000, Cree tiếp tục dẫn đầu trong việc phát triển và quảng bá công nghệ chất nền SiC. Thông qua tích hợp theo chiều dọc, họ đã có thể trực tiếp thúc đẩy cải tiến chất lượng vật liệu thông qua nhu cầu sử dụng nội bộ.Nhưng điều này cũng có nghĩa là các khách hàng mua chất nền và vật liệu epitaxy của họ cũng chính là đối thủ cạnh tranh chính của họ.

Hoa Kỳ tin rằngHiện chỉ có một nhà cung cấp duy nhất các chất nền SiC, điều này có thể cản trở sự phát triển của ngành công nghiệp.Các nhà cung cấp chất nền SiC nguyên chất đóng vai trò then chốt trong sự phát triển lâu dài và thương mại hóa công nghệ thiết bị SiC và GaN.

Do đó, từ năm 2003 đến năm 2017,AFRL đã cung cấp 4 hợp đồng lớn cho Công ty II-VI, với tổng giá trị hơn 350 triệu nhân dân tệ.

Mục tiêu chính của hai hợp đồng đầu tiên là mở rộng đường kính của SiC 4HN lên 100 mm.Tuy nhiên, vào thời điểm đó, vùng rìa bán cách điện 6H SiC 100 mm của II-VI bị bao phủ bởi các hạt hình thành và các khuyết tật khác.Mật độ vi ống đạt 117 cm⁻²(bức tranh dưới đây).

Do đó, trong khi ủng hộ II-VI,AFRL cũng hỗ trợ Intrinsic trong việc phát triển SiC.Intrinsic được tạo ra bởiSSau khi Terling được mua lại.của các nhân sự chủ chốt.

Intrinsic đã nhanh chóng và thành công chứng minh được chất lượng cao của SiC 100 mm chỉ trong vòng chưa đầy hai năm.Quan trọng hơn, vào tháng 9 năm 2005, Intrinsic đã tiên phong trong việc phát hànhSiC 4HN không có vi ống (ZMPTM)(bức tranh dưới đây).

Nhưng vào tháng 7 năm 2006,Cree mua lại IntrinsicNăm 2007, Cree cho ra mắt tấm cách điện SiC 4HN ZMP™ 100mm và tấm cách điện SiC bán dẫn 100mm.

May mắn thayNgoài ra, nghiên cứu và phát triển II-VI cũng đang có những tiến bộ.,hiện hữu2003-2010Trong giai đoạn này, II-VI đã mở rộng đường kính tinh thể từ 50 mm lên 100 mm, đồng thời cho ra mắt 4HNSiC 100 mm và SiC bán cách điện.

Chú thích: Đế SiC 6H bán cách điện II-VI 100 mm (trên) vàĐế SiC 4HN 100mm (mặt dưới).

Vào cuối năm 2010, AFRL đã ký hợp đồng lớn nhất của mình với II-VI——Hơn 20 triệu đô la Mỹ (khoảng 130 triệu nhân dân tệ)với trọng tâm là phát triển và thương mại hóa.SiC 4HN và SiC 6H bán cách điện 6 inch, cũng như tiếp tục mở rộng đường kính lên đến 8 inch..

Kể từ khi nhận được nguồn tài trợ, II-VI đã đầu tư đáng kể vào cơ sở vật chất và thiết bị, bao gồm mở rộng cơ sở tại New Jersey và thành lập hai nhà máy sản xuất tại Mississippi.

Tóm lại, II-VI dựa vào bằng sáng chế độc quyền của mình.Vận chuyển hơi vật lý nâng cao (APVT) và vận chuyển theo gradient trục (AGT)công nghệ nuôi cấy tinh thể,Các mục tiêu về tinh thể đơn SiC 6 inch và 8 inch đã được hoàn thành.

II-VI đã chứng minh khả năng tạo ra tấm bán cách điện 6H 100mm và tấm SiC 4HN 150mm không có ống siêu nhỏ vào năm 2013 và 2014 tương ứng; tháng 7 năm 2015,Trở thành công ty đầu tiên trưng bày màn hình SiC 4HN 8 inch.

Tháng 3 năm 2017, AFRL đã trao cho II-VI hợp đồng thứ tư có thời hạn 5 năm.Nguồn tài trợ của chính phủ là 12 triệu đô la Mỹ (khoảng 774.8 tỷ nhân dân tệ).Công trình nghiên cứu này tập trung vào việc nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm thiểu sai sót và giảm chi phí.Nuôi cấy và chế tạo 200mm SiC 4HN và SiC bán cách điện.

Các tinh thể đường kính lớn không có khuyết tật này được nuôi cấy bằng một nền tảng nuôi cấy hoàn toàn tự động mới, và II-VI đã giảm thành công mật độ sai lệch của SiC 4HN 200mm xuống còn...Giảm xuống còn 1881 cm-2,Cái đóBao gồm mật độ vít là 598 cm-2 và mật độ đế là 272 cm-2.

Về mặt silicon carbide bán cách điện, nhóm hợp kim II-VI sử dụng sự bù trừ vanadi để tạo ra các mức năng lượng sâu bên trong vùng cấm.Chúng tôi là nhà cung cấp duy nhất trên thị trường về SiC bán cách điện được pha tạp vanadi., với điện trở suất có thể tái tạo và đồng nhất cao, vượt quá 1011Ω·cm.

Tháng 10 2019,II-VI đã lần đầu tiên chứng minh khả năng chế tạo tấm bán cách điện SiC 6H kích thước 200 mm trong ngành công nghiệp.

Trong những năm qua 30,Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ tài trợ hơn 100,000 đô la cho các chất bán dẫn có dải năng lượng rộng.1 tỷ đô la Mỹ (khoảng 6.457 tỷ nhân dân tệ)Có thể nói rằng một ngành công nghiệp hoàn toàn mới đã ra đời.Các công ty như Cree Research, Westinghouse, Northrop-Grumman, ATMI, Sterling, Litton-Airtron, Dow và Intrinsic, một số đã được mua lại và một số đã biến mất.vàWolfspeed-Cree, II-VI "Kẻ thắng cuộc giành tất cả",Tổng thị phần toàn cầu hiện tại của hai công tyNhiều hơn 70%.

Trong những năm gần đây, khi nhu cầu thương mại và quân sự đối với SiC tăng nhanh, hai công ty này cũng tiếp tục mở rộng sản xuất.Vào tháng 9 năm 2019, Wolfspeed-Cree đã công bố cam kết đầu tư.1 tỷ USDXây dựng nhà máy sản xuất SiC công suất và tần số vô tuyến lớn nhất thế giới.Và II-VI tiếp tục mở rộng năng lực sản xuất tại New Jersey, Pennsylvania và Massachusetts.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Xu hướng bán dẫn thế hệ thứ ba". Bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả và không đại diện cho quan điểm của Sacco Micro hay ngành công nghiệp. Bài viết chỉ được phép sao chép và chia sẻ để hỗ trợ bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn gốc và tác giả khi sao chép. Nếu có bất kỳ sự vi phạm nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa bỏ.