Przetwarzanie podłoża monokrystalicznego SiC

Monokryształy węglika krzemu (SiC).produkowane są głównie metodą sublimacji. Po wyjęciu kryształu z tygla potrzeba kilku skomplikowanych etapów przetwarzania, aby stworzyć nadające się do użytku płytki. Pierwszym krokiem jest określenie orientacji kryształów kulki SiC. Następnie kula jest poddawana szlifowaniu na średnicy zewnętrznej w celu uzyskania cylindrycznego kształtu. W przypadku płytek SiC typu n, które są powszechnie stosowane w urządzeniach zasilających, zarówno górna, jak i dolna powierzchnia cylindrycznego kryształu są zwykle obrabiane w celu utworzenia płaszczyzny pod kątem 4° w stosunku do powierzchni {0001}.

Następnie obróbka jest kontynuowana poprzez kierunkowe wycinanie krawędzi lub wycinanie karbów w celu określenia orientacji kryształów powierzchni płytki. W produkcji o dużej średnicyPłytki SiC, nacinanie kierunkowe jest powszechną techniką. Cylindryczny monokryształ SiC jest następnie cięty na cienkie arkusze, głównie przy użyciu technik cięcia wielodrutowego. Proces ten polega na umieszczeniu materiałów ściernych pomiędzy drutem tnącym a kryształem SiC przy jednoczesnym wywieraniu nacisku w celu ułatwienia ruchu cięcia.

Ryc. 1  Przegląd technologii przetwarzania płytek SiC

(a) Usuwanie wlewka SiC z tygla; (b) Szlifowanie cylindryczne; (c) Kierunkowe wycinanie krawędzi lub karbu; (d) Cięcie wielodrutowe; (e) Szlifowanie i polerowanie

Po pokrojeniu,Płytki SiCczęsto wykazują niespójności w grubości i nierówności powierzchni, co wymaga dalszej obróbki spłaszczającej. Rozpoczyna się to od szlifowania w celu wyeliminowania nierówności powierzchni na poziomie mikronów. W tej fazie działanie ścierne może spowodować powstanie drobnych zadrapań i niedoskonałości powierzchni. Dlatego kolejny etap polerowania jest kluczowy dla uzyskania lustrzanego wykończenia. W przeciwieństwie do szlifowania, polerowanie wykorzystuje drobniejsze materiały ścierne i wymaga szczególnej ostrożności, aby zapobiec zarysowaniom lub uszkodzeniom wewnętrznym, zapewniając wysoki stopień gładkości powierzchni.

Dzięki tym proceduromPłytki SiCewoluują od obróbki zgrubnej do obróbki precyzyjnej, ostatecznie dając płaską, lustrzaną powierzchnię odpowiednią dla urządzeń o wysokiej wydajności. Jednakże istotne jest zajęcie się ostrymi krawędziami, które często tworzą się na obwodzie polerowanych płytek. Te ostre krawędzie są podatne na pękanie w przypadku kontaktu z innymi przedmiotami. Aby złagodzić tę kruchość, konieczne jest szlifowanie krawędzi obwodu płytki. Aby zapewnić niezawodność i bezpieczeństwo płytek podczas późniejszego użytkowania, ustanowiono standardy branżowe.

Wyjątkowa twardość SiC sprawia, że ​​jest to idealny materiał ścierny do różnych zastosowań związanych z obróbką. Jednakże stwarza to również wyzwania w przetwarzaniu kulek SiC na wafle, ponieważ jest to czasochłonny i złożony proces, który jest stale optymalizowany. Obiecującą innowacją mającą na celu ulepszenie tradycyjnych metod krojenia jest technologia cięcia laserowego. W tej technice wiązka lasera jest kierowana ze szczytu cylindrycznego kryształu SiC, skupiając się na pożądanej głębokości cięcia, aby utworzyć zmodyfikowaną strefę w krysztale. Skanując całą powierzchnię, ta zmodyfikowana strefa stopniowo rozszerza się w płaszczyznę, umożliwiając separację cienkich arkuszy. W porównaniu z konwencjonalnym cięciem wielodrutowym, które często powoduje znaczną utratę rzazu i może powodować nieregularności powierzchni, cięcie laserowe znacznie zmniejsza utratę rzazu i czas przetwarzania, co pozycjonuje je jako obiecującą metodę dla przyszłych udoskonaleń.

Kolejną innowacyjną technologią krojenia jest zastosowanie cięcia elektroerozyjnego, które generuje wyładowania pomiędzy metalowym drutem a kryształem SiC. Metoda ta ma zalety polegające na zmniejszeniu strat rzazu przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności przetwarzania.

Charakterystyczne podejście doPłytka SiCprodukcja polega na przyklejeniu cienkiej warstwy monokryształu SiC do heterogenicznego podłoża, w ten sposób wytwarzającPłytki SiC. Ten proces wiązania i oddzielania rozpoczyna się od wstrzyknięcia jonów wodoru do monokryształu SiC na określoną głębokość. Kryształ SiC, teraz wyposażony w warstwę z wszczepionymi jonami, nakłada się warstwami na gładkie podłoże nośne, takie jak polikrystaliczny SiC. Poprzez zastosowanie ciśnienia i ciepła warstwa monokryształu SiC jest przenoszona na podłoże nośne, kończąc oddzielenie. Przeniesiona warstwa SiC poddawana jest obróbce wyrównującej powierzchnię i może być ponownie wykorzystana w procesie klejenia. Chociaż koszt podłoża nośnego jest niższy niż w przypadku monokryształów SiC, wyzwania techniczne pozostają. Niemniej jednak badania i rozwój w tej dziedzinie w dalszym ciągu aktywnie postępują, mając na celu obniżenie całkowitych kosztów produkcjiPłytki SiC.

Podsumowując, przetwarzaniePodłoża monokrystaliczne SiCobejmuje wiele etapów, od szlifowania i krojenia po polerowanie i obróbkę krawędzi. Innowacje, takie jak cięcie laserowe i obróbka elektroerozyjna, poprawiają wydajność i zmniejszają ilość odpadów materiałowych, a nowe metody łączenia podłoża oferują alternatywne ścieżki opłacalnej produkcji płytek. Ponieważ branża w dalszym ciągu dąży do udoskonalenia technik i standardów, ostatecznym celem pozostaje produkcja wysokiej jakościPłytki SiCspełniające wymagania zaawansowanych urządzeń elektronicznych.