Obdelava monokristalnega substrata SiC

Monokristali silicijevega karbida (SiC).se proizvajajo predvsem z metodo sublimacije. Po odstranitvi kristala iz lončka je potrebnih več zapletenih korakov obdelave za izdelavo uporabnih rezin. Prvi korak je določitev kristalne orientacije SiC bule. Po tem se krogla brusi po zunanjem premeru, da se doseže cilindrična oblika. Za rezine SiC tipa n, ki se običajno uporabljajo v močnostnih napravah, sta zgornja in spodnja površina cilindričnega kristala običajno strojno obdelani, da se ustvari ravnina pod kotom 4° glede na ploskev {0001}.

Nato se obdelava nadaljuje z usmerjenim rezanjem robov ali zarez, da se določi kristalna orientacija površine rezin. Pri proizvodnji velikega premeraSiC rezine, je usmerjeno zarezovanje običajna tehnika. Cilindrični monokristal SiC se nato nareže na tanke plošče, predvsem z uporabo tehnik rezanja z več žicami. Ta postopek vključuje namestitev abrazivov med rezalno žico in kristal SiC, medtem ko pritiskate, da olajšate rezalno gibanje.

Slika 1  Pregled tehnologije obdelave SiC rezin

(a) Odstranjevanje ingota SiC iz lončka; (b) cilindrično brušenje; (c) usmerjeno rezanje robov ali zarez; (d) rezanje z več žicami; (e) Brušenje in poliranje

Po rezanju,SiC rezinepogosto kažejo nedoslednosti v debelini in površinske nepravilnosti, zaradi česar je potrebna nadaljnja obdelava sploščitve. To se začne z brušenjem, da se odpravijo mikronske površinske neravnine. V tej fazi lahko abrazivno delovanje povzroči drobne praske in površinske nepopolnosti. Tako je naslednji korak poliranja ključnega pomena za doseganje zrcalne končne obdelave. Za razliko od brušenja se pri poliranju uporabljajo finejši abrazivi in ​​je potrebna natančna nega, da se preprečijo praske ali notranje poškodbe, kar zagotavlja visoko stopnjo gladkosti površine.

S temi postopki seSiC rezinese razvijejo od grobe obdelave do natančne strojne obdelave, kar na koncu povzroči ravno površino, podobno zrcalu, primerno za visoko zmogljive naprave. Vendar pa je obravnavanje ostrih robov, ki se pogosto oblikujejo po obodu poliranih rezin, bistveno. Ti ostri robovi so dovzetni za zlom ob stiku z drugimi predmeti. Za ublažitev te krhkosti je potrebno robno brušenje oboda rezin. Vzpostavljeni so bili industrijski standardi, ki zagotavljajo zanesljivost in varnost rezin med nadaljnjo uporabo.

Zaradi izjemne trdote SiC je idealen abrazivni material pri različnih obdelovalnih aplikacijah. Vendar pa to predstavlja tudi izziv pri predelavi SiC bule v rezine, saj je to dolgotrajen in zapleten proces, ki se nenehno optimizira. Ena od obetavnih inovacij za izboljšanje tradicionalnih metod rezanja je tehnologija laserskega rezanja. Pri tej tehniki je laserski žarek usmerjen z vrha cilindričnega kristala SiC in se fokusira na želeno globino rezanja, da ustvari modificirano območje znotraj kristala. S skeniranjem celotne površine se ta spremenjena cona postopoma razširi v ravnino, kar omogoča ločevanje tankih listov. V primerjavi z običajnim rezanjem z več žicami, ki pogosto povzroči znatno izgubo zareze in lahko povzroči površinske nepravilnosti, lasersko rezanje bistveno zmanjša izgubo zareze in čas obdelave, kar ga postavlja kot obetavno metodo za prihodnji razvoj.

Druga inovativna tehnologija rezanja je uporaba rezanja z električnim praznjenjem, ki ustvarja razelektritve med kovinsko žico in kristalom SiC. Ta metoda se ponaša s prednostmi pri zmanjševanju izgube zareza, hkrati pa dodatno povečuje učinkovitost obdelave.

Prepoznaven pristop kSiC rezinaproizvodnja vključuje lepljenje tankega filma monokristala SiC na heterogeni substrat, s čimer se izdelaSiC rezine. Ta proces vezave in ločevanja se začne z vbrizgavanjem vodikovih ionov v monokristal SiC do vnaprej določene globine. Kristal SiC, ki je zdaj opremljen z ionsko implantirano plastjo, se nanese na gladek nosilni substrat, kot je polikristalni SiC. Z uporabo pritiska in toplote se monokristalna plast SiC prenese na nosilno podlago, s čimer se zaključi ločitev. Prenesena plast SiC je obdelana s površinsko izravnavo in se lahko ponovno uporabi v procesu lepljenja. Čeprav so stroški nosilnega substrata nižji od stroškov monokristalov SiC, ostajajo tehnični izzivi. Kljub temu raziskave in razvoj na tem področju še naprej aktivno napredujejo, da bi znižali skupne proizvodne stroškeSiC rezine.

Če povzamemo, obdelavaMonokristalni substrati SiCvključuje več stopenj, od brušenja in rezanja do poliranja in obdelave robov. Inovacije, kot sta lasersko rezanje in obdelava z električnim praznjenjem, izboljšujejo učinkovitost in zmanjšujejo materialne odpadke, medtem ko nove metode lepljenja substratov ponujajo alternativne poti do stroškovno učinkovite proizvodnje rezin. Ker si industrija še naprej prizadeva za izboljšanje tehnik in standardov, ostaja končni cilj proizvodnja visokokakovostnihSiC rezineki izpolnjujejo zahteve naprednih elektronskih naprav.