SiC vieno kristalo substrato apdorojimas

Silicio karbido (SiC) pavieniai kristalaidaugiausia gaminami naudojant sublimacijos metodą. Išėmus kristalą iš tiglio, norint sukurti tinkamas plokšteles, reikia atlikti keletą sudėtingų apdorojimo etapų. Pirmasis žingsnis yra nustatyti SiC rutulio kristalinę orientaciją. Po to rutulys yra šlifuojamas išorinio skersmens, kad būtų cilindro formos. N tipo SiC plokštelėms, kurios dažniausiai naudojamos maitinimo įrenginiuose, ir viršutinis, ir apatinis cilindrinio kristalo paviršiai paprastai yra apdirbami taip, kad būtų sukurta plokštuma 4° kampu {0001} paviršiaus atžvilgiu.

Tada apdorojimas tęsiamas kryptingai pjaustant briauną arba įpjovą, kad būtų nurodyta plokštelės paviršiaus kristalinė orientacija. Gaminant didelio skersmensSiC plokštelės, kryptinis įpjovimas yra įprasta technika. Tada cilindrinis SiC monokristalas supjaustomas į plonus lakštus, pirmiausia naudojant kelių laidų pjovimo metodus. Šis procesas apima abrazyvų įdėjimą tarp pjovimo vielos ir SiC kristalo, tuo pačiu spaudžiant, kad būtų lengviau pjauti.

1 pav. SiC plokštelių apdorojimo technologijos apžvalga

a) SiC luito pašalinimas iš tiglio; b) cilindrinis šlifavimas; c) kryptinis briaunos arba įpjovos pjovimas; d) kelių laidų pjovimas; e) šlifavimas ir poliravimas

Po pjaustymo,SiC plokštelėsdažnai rodo storio ir paviršiaus nelygumus, todėl reikia tolesnio išlyginimo. Tai prasideda šlifavimu, siekiant pašalinti mikronų lygio paviršiaus nelygumus. Šios fazės metu dėl abrazyvinio poveikio gali atsirasti smulkių įbrėžimų ir paviršiaus trūkumų. Taigi tolesnis poliravimo etapas yra labai svarbus norint pasiekti veidrodinę apdailą. Skirtingai nei šlifuojant, poliruojant naudojami smulkesni abrazyvai ir reikia kruopštaus priežiūros, kad būtų išvengta įbrėžimų ar vidinių pažeidimų, užtikrinant aukštą paviršiaus lygumo laipsnį.

Per šias procedūras,SiC plokštelėspereiti nuo grubaus apdirbimo iki tikslaus apdirbimo, galiausiai sukuriant plokščią veidrodinį paviršių, tinkantį didelio našumo įrenginiams. Tačiau labai svarbu atkreipti dėmesį į aštrius kraštus, kurie dažnai susidaro aplink poliruotų plokštelių perimetrą. Šios aštrios briaunos gali lūžti, kai liečiasi su kitais objektais. Siekiant sumažinti šį trapumą, būtina šlifuoti plokštelės perimetro kraštus. Pramonės standartai buvo sukurti siekiant užtikrinti plokštelių patikimumą ir saugumą vėlesnio naudojimo metu.

Dėl išskirtinio SiC kietumo jis yra ideali abrazyvinė medžiaga įvairiose apdirbimo srityse. Tačiau tai taip pat kelia iššūkių perdirbant SiC rutuliukus į plokšteles, nes tai daug laiko reikalaujantis ir sudėtingas procesas, kuris nuolat optimizuojamas. Viena daug žadanti naujovė, skirta tobulinti tradicinius pjaustymo būdus, yra pjovimo lazeriu technologija. Taikant šią techniką, lazerio spindulys nukreipiamas iš cilindrinio SiC kristalo viršaus, fokusuojant į pageidaujamą pjovimo gylį, kad kristale būtų sukurta modifikuota zona. Nuskaitant visą paviršių, ši modifikuota zona palaipsniui išsiplečia į plokštumą, leidžiančią atskirti plonus lakštus. Palyginti su įprastu kelių laidų pjovimu, dėl kurio dažnai prarandama daug plyšių ir gali atsirasti paviršiaus nelygumų, pjaustymas lazeriu žymiai sumažina pjūvio praradimą ir apdorojimo laiką, todėl tai yra perspektyvus būdas ateityje.

Dar viena novatoriška pjaustymo technologija yra elektros išlydžio pjovimo taikymas, kuris generuoja iškrovas tarp metalinės vielos ir SiC kristalo. Šis metodas pasižymi pranašumais mažinant plyšių praradimą ir dar labiau didinant apdorojimo efektyvumą.

Išskirtinis požiūris įSiC plokštelėGamyba apima plonos SiC monokristalinės plėvelės klijavimą prie nevienalyčio pagrindo, taip gaminantSiC plokštelės. Šis surišimo ir atsiskyrimo procesas prasideda nuo vandenilio jonų įpurškimo į SiC monokristalą iki iš anksto nustatyto gylio. SiC kristalas, kuriame dabar yra jonų implantuotas sluoksnis, yra sluoksniuotas ant lygaus atraminio pagrindo, pavyzdžiui, polikristalinio SiC. Taikant slėgį ir šilumą, SiC monokristalinis sluoksnis perkeliamas ant atraminio pagrindo, užbaigiant atsiskyrimą. Perkeltas SiC sluoksnis yra apdorojamas paviršiumi ir gali būti pakartotinai naudojamas klijavimo procese. Nors atraminio substrato kaina yra mažesnė nei SiC monokristalų, techninių iššūkių išlieka. Nepaisant to, šios srities moksliniai tyrimai ir plėtra ir toliau aktyviai vystosi, siekiant sumažinti bendras gamybos sąnaudasSiC plokštelės.

Apibendrinant, apdorojimasSiC monokristaliniai substrataiapima kelis etapus, nuo šlifavimo ir pjaustymo iki poliravimo ir kraštų apdorojimo. Tokios naujovės, kaip pjovimas lazeriu ir elektros išlydžio apdirbimas, didina efektyvumą ir mažina medžiagų švaistymą, o nauji substrato sujungimo metodai siūlo alternatyvius būdus ekonomiškai plokščių gamybai. Kadangi pramonė ir toliau siekia tobulinti technologijas ir standartus, galutinis tikslas išlieka aukštos kokybės gaminių gamyba.SiC plokštelėskurie atitinka pažangių elektroninių prietaisų reikalavimus.