Обробка монокристалічної підкладки SiC

Монокристали карбіду кремнію (SiC).в основному виготовляються методом сублімації. Після видалення кристала з тигля необхідно виконати кілька складних етапів обробки, щоб створити придатні для використання пластини. Першим кроком є ​​визначення кристалічної орієнтації булі SiC. Після цього була шліфується по зовнішньому діаметру для досягнення циліндричної форми. Для пластин SiC n-типу, які зазвичай використовуються в силових пристроях, як верхня, так і нижня поверхні циліндричного кристала зазвичай обробляються для створення площини під кутом 4° відносно поверхні {0001}.

Далі обробка продовжується різанням спрямованої кромки або надрізу для визначення орієнтації кристала поверхні пластини. У виробництві великого діаметраSiC пластини, спрямована насічка є поширеною технікою. Потім циліндричний монокристал SiC нарізають на тонкі листи, головним чином за допомогою багатодротової техніки. Цей процес передбачає розміщення абразивів між ріжучим дротом і кристалом SiC, одночасно застосовуючи тиск, щоб полегшити рух різання.

Рис. 1  Огляд технології обробки пластин SiC

(a) Видалення зливка SiC з тигля; (b) циліндричне шліфування; (c) різання кромки або надрізу; (d) багатодротяна різка; (e) Шліфування та полірування

Після нарізки,SiC пластиничасто виявляють невідповідність товщини та нерівності поверхні, що вимагає подальшого вирівнювання. Це починається зі шліфування для усунення мікронних нерівностей поверхні. Під час цієї фази абразивна дія може створити дрібні подряпини та дефекти поверхні. Таким чином, подальший етап полірування є вирішальним для досягнення дзеркального покриття. На відміну від шліфування, під час полірування використовуються більш дрібні абразиви та потрібен ретельний догляд, щоб запобігти подряпинам або внутрішнім пошкодженням, забезпечуючи високий ступінь гладкості поверхні.

За допомогою цих процедур,SiC пластиниеволюціонують від грубої обробки до точної механічної обробки, що в кінцевому підсумку призводить до плоскої, дзеркальної поверхні, придатної для високопродуктивних пристроїв. Однак важливо звернути увагу на гострі краї, які часто утворюються по периметру полірованих пластин. Ці гострі краї легко ламаються під час контакту з іншими предметами. Щоб зменшити цю крихкість, необхідне шліфування краю периметра пластини. Для забезпечення надійності та безпеки пластин під час подальшого використання були встановлені галузеві стандарти.

Виняткова твердість SiC робить його ідеальним абразивним матеріалом для різних застосувань обробки. Однак це також створює проблеми при переробці буль SiC на пластини, оскільки це трудомісткий і складний процес, який постійно оптимізується. Одним із багатообіцяючих нововведень для вдосконалення традиційних методів нарізки є технологія лазерного різання. У цій техніці лазерний промінь спрямовується з верхньої частини циліндричного кристала SiC, фокусуючись на бажаній глибині різання, щоб створити модифіковану зону всередині кристала. Скануючи всю поверхню, ця модифікована зона поступово розширюється в площину, дозволяючи відокремлювати тонкі листи. Порівняно зі звичайним різанням кількома дротами, яке часто призводить до значних втрат при пропилах і може створити нерівності поверхні, лазерне різання значно скорочує втрати при пропилах і час обробки, позиціонуючи його як перспективний метод для майбутніх розробок.

Ще одна інноваційна технологія нарізки – це застосування електроерозійного різання, яке створює розряди між металевим дротом і кристалом SiC. Цей метод має переваги у зменшенні втрат на пропилах, одночасно підвищуючи ефективність обробки.

Своєрідний підхід доSiC пластинавиробництво передбачає приклеювання тонкої плівки монокристала SiC до гетерогенної підкладки, таким чином виготовляючиSiC пластини. Цей процес з’єднання та від’єднання починається з введення іонів водню в монокристал SiC на задану глибину. Кристал SiC, тепер оснащений іонно-імплантованим шаром, накладається на гладку опорну підкладку, таку як полікристалічний SiC. За допомогою тиску та тепла монокристалічний шар SiC переноситься на опорну підкладку, завершуючи від’єднання. Перенесений шар SiC проходить обробку для вирівнювання поверхні та може бути повторно використаний у процесі склеювання. Хоча вартість опорної підкладки нижча, ніж вартість монокристалів SiC, технічні проблеми залишаються. Тим не менш, дослідження та розробки в цій галузі продовжують активно розвиватися, спрямовані на зниження загальних витрат на виробництвоSiC пластини.

Таким чином, обробкаМонокристалічні підкладки SiCвключає кілька етапів, від шліфування та нарізки до полірування та обробки країв. Такі інновації, як лазерне різання та електроерозійна обробка, підвищують ефективність і зменшують відходи матеріалу, тоді як нові методи склеювання підкладок пропонують альтернативні шляхи до економічно ефективного виробництва пластин. Оскільки промисловість продовжує прагнути до вдосконалення технологій і стандартів, кінцевою метою залишається виробництво високоякісногоSiC пластиниякі відповідають вимогам передових електронних пристроїв.