Επεξεργασία υποστρώματος μονοκρυστάλλου SiC

Μονοί κρύσταλλοι καρβιδίου του πυριτίου (SiC).παράγονται κυρίως με τη μέθοδο της εξάχνωσης. Μετά την αφαίρεση του κρυστάλλου από το χωνευτήριο, απαιτούνται αρκετά περίπλοκα στάδια επεξεργασίας για τη δημιουργία χρησιμοποιήσιμων γκοφρετών. Το πρώτο βήμα είναι να προσδιοριστεί ο προσανατολισμός των κρυστάλλων της βολίδας SiC. Κατόπιν αυτού, το μπουλόνι υφίσταται λείανση εξωτερικής διαμέτρου για να αποκτήσει ένα κυλινδρικό σχήμα. Για γκοφρέτες SiC τύπου n, που χρησιμοποιούνται συνήθως σε συσκευές ισχύος, τόσο η άνω όσο και η κάτω επιφάνεια του κυλινδρικού κρυστάλλου κατασκευάζονται τυπικά για να δημιουργήσουν ένα επίπεδο σε γωνία 4° σε σχέση με την όψη {0001}.

Στη συνέχεια, η επεξεργασία συνεχίζεται με κατευθυντική κοπή ή εγκοπή για να καθοριστεί ο κρυσταλλικός προσανατολισμός της επιφάνειας του πλακιδίου. Στην παραγωγή μεγάλης διαμέτρουΓκοφρέτες SiC, η κατευθυντική εγκοπή είναι μια κοινή τεχνική. Στη συνέχεια, το κυλινδρικό μονοκρύσταλλο SiC κόβεται σε λεπτά φύλλα, χρησιμοποιώντας κυρίως τεχνικές κοπής πολλαπλών συρμάτων. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την τοποθέτηση λειαντικών μεταξύ του σύρματος κοπής και του κρυστάλλου SiC ενώ ασκείται πίεση για να διευκολυνθεί η κίνηση κοπής.

Εικ. 1  Επισκόπηση της τεχνολογίας επεξεργασίας πλακιδίων SiC

(α) Αφαίρεση του πλινθώματος SiC από το χωνευτήριο. (β) Κυλινδρική λείανση. (γ) Κατευθυντική κοπή άκρων ή εγκοπών. (δ) Κοπή πολλαπλών συρμάτων. (ε) Τρίψιμο και στίλβωση

Μετά τον τεμαχισμό, τοΓκοφρέτες SiCσυχνά παρουσιάζουν ασυνέπειες στο πάχος και τις επιφανειακές ανωμαλίες, που απαιτούν περαιτέρω επεξεργασία ισοπέδωσης. Αυτό ξεκινά με λείανση για την εξάλειψη της ανομοιομορφίας της επιφάνειας σε επίπεδο micron. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, η λειαντική δράση μπορεί να προκαλέσει λεπτές γρατσουνιές και ατέλειες στην επιφάνεια. Έτσι, το επόμενο στάδιο στίλβωσης είναι κρίσιμο για την επίτευξη ενός φινιρίσματος που μοιάζει με καθρέφτη. Σε αντίθεση με τη λείανση, το γυάλισμα χρησιμοποιεί λεπτότερα λειαντικά και απαιτεί σχολαστική φροντίδα για την αποφυγή γρατσουνιών ή εσωτερικών βλαβών, εξασφαλίζοντας υψηλό βαθμό ομαλότητας της επιφάνειας.

Μέσα από αυτές τις διαδικασίες,Γκοφρέτες SiCεξελίσσονται από την ακατέργαστη επεξεργασία στη μηχανική κατεργασία ακριβείας, καταλήγοντας τελικά σε μια επίπεδη επιφάνεια που μοιάζει με καθρέφτη κατάλληλη για συσκευές υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, η αντιμετώπιση των αιχμηρών άκρων που συχνά σχηματίζονται γύρω από την περίμετρο των γυαλισμένων γκοφρετών είναι απαραίτητη. Αυτές οι αιχμηρές άκρες είναι ευαίσθητες στο σπάσιμο κατά την επαφή με άλλα αντικείμενα. Για να μετριαστεί αυτή η ευθραυστότητα, είναι απαραίτητη η λείανση των άκρων της περιμέτρου της γκοφρέτας. Έχουν θεσπιστεί βιομηχανικά πρότυπα για να διασφαλιστεί η αξιοπιστία και η ασφάλεια των γκοφρετών κατά τη διάρκεια της επόμενης χρήσης.

Η εξαιρετική σκληρότητα του SiC το καθιστά ιδανικό λειαντικό υλικό σε διάφορες εφαρμογές κατεργασίας. Ωστόσο, αυτό παρουσιάζει επίσης προκλήσεις στην επεξεργασία των βολών SiC σε γκοφρέτες, καθώς είναι μια χρονοβόρα και πολύπλοκη διαδικασία που βελτιστοποιείται συνεχώς. Μια πολλά υποσχόμενη καινοτομία για τη βελτίωση των παραδοσιακών μεθόδων τεμαχισμού είναι η τεχνολογία κοπής με λέιζερ. Σε αυτή την τεχνική, μια δέσμη λέιζερ κατευθύνεται από την κορυφή του κυλινδρικού κρυστάλλου SiC, εστιάζοντας στο επιθυμητό βάθος κοπής για να δημιουργήσει μια τροποποιημένη ζώνη μέσα στον κρύσταλλο. Με τη σάρωση ολόκληρης της επιφάνειας, αυτή η τροποποιημένη ζώνη επεκτείνεται σταδιακά σε επίπεδο, επιτρέποντας τον διαχωρισμό λεπτών φύλλων. Σε σύγκριση με τη συμβατική κοπή πολλαπλών συρμάτων, η οποία συχνά προκαλεί σημαντική απώλεια κεφαλής και μπορεί να προκαλέσει ανωμαλίες στην επιφάνεια, ο τεμαχισμός με λέιζερ μειώνει σημαντικά την απώλεια κοπής και τον χρόνο επεξεργασίας, τοποθετώντας την ως μια πολλά υποσχόμενη μέθοδο για μελλοντικές εξελίξεις.

Μια άλλη καινοτόμος τεχνολογία κοπής είναι η εφαρμογή κοπής ηλεκτρικής εκκένωσης, η οποία δημιουργεί εκκενώσεις μεταξύ ενός μεταλλικού σύρματος και του κρυστάλλου SiC. Αυτή η μέθοδος μπορεί να υπερηφανεύεται για τα πλεονεκτήματα της μείωσης της απώλειας της κεφαλής ενώ παράλληλα ενισχύει περαιτέρω την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας.

Μια ξεχωριστή προσέγγιση γιαΓκοφρέτα SiCΗ παραγωγή περιλαμβάνει την προσκόλληση ενός λεπτού φιλμ μονοκρύσταλλου SiC σε ένα ετερογενές υπόστρωμα, κατασκευάζοντας έτσιΓκοφρέτες SiC. Αυτή η διαδικασία σύνδεσης και αποκόλλησης ξεκινά με την έγχυση ιόντων υδρογόνου στον μονοκρύσταλλο SiC σε ένα προκαθορισμένο βάθος. Ο κρύσταλλος SiC, τώρα εξοπλισμένος με ένα στρώμα εμφυτευμένο με ιόντα, τοποθετείται σε ένα λείο υπόστρωμα στήριξης, όπως το πολυκρυσταλλικό SiC. Με την εφαρμογή πίεσης και θερμότητας, το στρώμα μονοκρυστάλλου SiC μεταφέρεται στο υπόστρωμα στήριξης, ολοκληρώνοντας την αποκόλληση. Το μεταφερόμενο στρώμα SiC υφίσταται επεξεργασία επιπεδοποίησης επιφάνειας και μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί στη διαδικασία συγκόλλησης. Αν και το κόστος του υποστρώματος στήριξης είναι χαμηλότερο από αυτό των μονοκρυστάλλων SiC, εξακολουθούν να υπάρχουν τεχνικές προκλήσεις. Ωστόσο, η έρευνα και η ανάπτυξη σε αυτόν τον τομέα συνεχίζουν να προχωρούν ενεργά, με στόχο τη μείωση του συνολικού κόστους παραγωγής τουΓκοφρέτες SiC.

Συνοπτικά, η επεξεργασία τωνSiC μονοκρυσταλλικά υποστρώματαπεριλαμβάνει πολλαπλά στάδια, από το τρίψιμο και τον τεμαχισμό έως το γυάλισμα και την επεξεργασία των άκρων. Καινοτομίες όπως η κοπή με λέιζερ και η μηχανική κατεργασία ηλεκτρικής εκκένωσης βελτιώνουν την απόδοση και μειώνουν τα απόβλητα υλικών, ενώ οι νέες μέθοδοι συγκόλλησης υποστρώματος προσφέρουν εναλλακτικές οδούς για την οικονομική παραγωγή γκοφρέτας. Καθώς η βιομηχανία συνεχίζει να προσπαθεί για βελτιωμένες τεχνικές και πρότυπα, ο απώτερος στόχος παραμένει η παραγωγή υψηλής ποιότηταςΓκοφρέτες SiCπου ικανοποιούν τις απαιτήσεις προηγμένων ηλεκτρονικών συσκευών.