不久前，美國空軍研究實驗室 (AFRL) 的 JD Blevins 發表了一份報告，介紹了美國碳化矽產業的發展過程。

據報道，北卡羅來納州立大學長期以來一直在進行碳化矽昇華生長方面的研究，並擁有多項關鍵專利。Cree-Research公司於1987年正式成立。1991年，該公司成為第一家供應商用碳化矽的公司。

圖 1. Cree25mm 6H-SiC 基板和 6H-SiC Lely 晶片。

除了 Cree-Research 之外，在 20 世紀 90 年代初，西屋技術中心和先進技術材料公司（ATMI）他們也積極參與碳化矽的研究和開發。

目標，早期對碳化矽昇華生長的研究充滿了起伏。有許多難以克服的技術挑戰，包括微管道、摻雜、多型控制、直徑擴展和晶體缺陷。

Cree-Research分別於1991年和1998年推出了25mm 6H SiC和50mm 4H SiC。儘管有多家供應商生產類似產品，價格非常昂貴，微管密度超過100cm。-2 。

圖 2.早期昇華碳化矽單晶供應商與規格。

為了促進碳化矽的更廣泛商業化，1999 年美國國防生產法“第三章計劃”為了向碳化矽產業提供急需的啟動資金，美國空軍已向3家公司授予了「成本分攤合約」。其中包括 Cree-Research、Sterling (ATMI) 和 Litton-Airtron，目標是將SiC基板直徑擴大到75毫米，並提高晶體品質。

自2002年起，美國國防高級研究計畫局WBGS計劃同時，也高度重視寬頻隙半導體材料的研發。Cree和Sterling兩家公司都獲得了相關合約。目標是將 N 型和半絕緣 SiC 基板直徑擴大到 100 毫米，並將微管密度降低到小於 1 公分-2。

然而，並非所有獲得資助的企業都能發展良好。

十二月2000，利頓工業公司以 3.8 億美元（約 24.5 億元）的價格售出，即每股 80 美元。諾斯羅普·格魯曼收購。 2001年底，Litton-Airtron的SiC研發部門被 II-VI 收購。

2002年，就在獲得DARPA合約幾週後，英鎊Uniroyal Corporation（Uniroyal Corporation 的母公司）申請破產，導致關鍵技術人員流失。道康寧立即收購了斯特林公司。

和，早期碳化矽技術的發展遠未達到合約計畫目標。從下圖可以看出，Cree 的品質明顯優於競爭對手。

圖 4. 2002 年左右 Cree 75mm、DOW 75mm 和 II-VI 50mm 4HN SiC（上）和半絕緣 SiC（下）的交叉極化影像。

2005年，DARPA對SiC基板的支援基本結束。只有科銳（Cree）展現出加速碳化矽基板商業化的強勁勢頭。當時，道康寧（Dow Corning）的研發仍在苦苦掙扎，II-VI 的進展也十分緩慢。

隨後，DARPA 主要將投資集中在 SiC 功率開關和 GaN 射頻元件上，Cree 的基板業務也因此受益。

在2000世紀初，科銳公司持續引領SiC基板技術的開發與推廣。透過垂直整合，他們能夠透過內部使用需求直接推動材料品質的提升。但這也意味著他們的襯底和外延客戶也是他們的主要競爭對手。

美國認為SiC襯底供應商只有一家，這可能會阻礙該行業的發展。純SiC基板供應商對於SiC和GaN裝置技術的長期發展和商業化至關重要。

因此，從2003年到2017年，AFRL已向II-VI公司提供了4份大型合同，總金額超過350億元。

前兩份合約的主要目標是將 4HN SiC 的直徑擴大到 100 毫米。然而，當時 II-VI 的 100 毫米半絕緣 6H SiC 邊緣區域被形成的晶粒和其他缺陷覆蓋。微管密度達117cm-2（下圖）

因此，在支援 II-VI 的同時，AFRL 也支援 Intrinsic 公司開發 SiC。內在成分由…製成S在特林被收購之後關鍵人員。

Intrinsic 在不到兩年的時間內迅速成功地展示了高品質的 100 毫米 SiC。更重要的是，2005年9月，Intrinsic率先發行了遊戲。零微管 (ZMPTM) 4HN SiC（下圖）

但在2006年7月，Cree 收購 Intrinsic2007 年，Cree 發布了 100 毫米 4HN ZMPTM SiC 和 100 毫米半絕緣 SiC。

幸運的是II-VI 的研究和開發也取得了進展。，存在2003-2010在此期間，II-VI 將晶體直徑從 50 毫米擴大到 100 毫米，並發布了 100 毫米 4HNSiC 和半絕緣 SiC。

圖註：II-VI族100毫米半絕緣6H SiC基板（上）和100mm 4HN SiC 基板（底部）。

2010年底，AFRL與II-VI公司簽署了迄今為止最大的一份合約—超過20萬美元（約130億元）重點在於開發和商業化6英寸4HN碳化矽和半絕緣6H碳化矽，以及直徑持續擴大至8英寸。

自獲得資金以來，II-VI 已對設施和設備進行了大量投資，包括擴建其位於新澤西州的工廠，並在密西西比州建立了兩個製造工廠。

最終，II-VI 依靠其獨特的專利技術先進物理氣相傳輸（APVT）和軸向梯度傳輸（AGT）晶體生長技術6吋和8吋SiC單晶的目標已經實現。

II-VI分別於2013年和2014年展示了無微管的100mm 6H半絕緣SiC和150mm 4HN SiC；2015年7月，成為第一個展示 8 英寸 4HN SiC 的公司。

2017年3月，AFRL授予II-VI第四份為期五年的合同，政府撥款12萬美元（約774.8億元）這項工作的重點是提高製造效率、減少缺陷和降低成本。生長和製造 200 毫米厚的 4HN SiC 和半絕緣 SiC。

這些無缺陷的大直徑晶體是利用新型全自動生長平台生長的，II-VI族元素成功地將200mm 4HN SiC的位錯密度降低至減少至 1881cm-2，那包括 598 cm-2 的螺旋密度和 272 cm-2 的基底密度。

就半絕緣碳化矽而言，II-VI族元素利用釩補償在帶隙內引入深能階。我們是市場上唯一供應釩摻雜半絕緣碳化矽的供應商。其可重複且高度均勻的電阻率超過 1011Ω·cm。

十月2019，II-VI 在業界首次展示了 200 毫米 6H 半絕緣 SiC。

在過去30年，美國國防部撥款超過100,000萬美元用於寬頻隙半導體。1億美元（約6.457億元）可以說，一個全新的產業就此誕生。Cree Research、Westinghouse、Northrop-Grumman、ATMI、Sterling、Litton-Airtron、Dow 和 Intrinsic 等公司，有些已被收購，有些已經消失。以及 Wolfspeed-Cree，II-VI“勝者全拿”，兩家公司目前的全球市佔率合計超過70％。

近年來，隨著碳化矽商業和軍事需求的快速成長，這兩家公司也持續擴大生產規模。2019年9月，Wolfspeed-Cree宣布了其投資承諾。10億美元建設全球最大的碳化矽功率和射頻製造工廠。II-VI公司繼續擴大其在新澤西州、賓夕法尼亞州和馬薩諸塞州的生產能力。

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