SiC ühekristallilise substraadi töötlemine

Ränikarbiidi (SiC) monokristallidtoodetakse peamiselt sublimatsioonimeetodil. Pärast kristalli tiiglist eemaldamist on kasutatavate vahvlite loomiseks vaja mitmeid keerukaid töötlemisetappe. Esimene samm on määrata SiC boule kristallide orientatsioon. Pärast seda lihvitakse palli välisläbimõõduga silindrilise kuju saavutamiseks. Toiteseadmetes tavaliselt kasutatavate n-tüüpi SiC vahvlite puhul töödeldakse tavaliselt nii silindrilise kristalli ülemist kui ka alumist pinda, et luua tasapind, mis on {0001} pinna suhtes 4° nurga all.

Järgmisena jätkub töötlemine suunalise serva või sälgu lõikamisega, et täpsustada vahvli pinna kristalli orientatsiooni. Tootmisel suure läbimõõdugaSiC vahvlid, on suunatud sälkimine levinud tehnika. Seejärel lõigatakse silindriline SiC monokristall õhukesteks lehtedeks, kasutades peamiselt mitme traadi lõikamise tehnikat. See protsess hõlmab abrasiivide asetamist lõiketraadi ja SiC kristalli vahele, avaldades samal ajal lõikeliikumise hõlbustamiseks survet.

Joonis 1  SiC vahvlite töötlemise tehnoloogia ülevaade

a) SiC valuploki eemaldamine tiiglist; b) silindriline lihvimine; (c) suunaline serva või sälgu lõikamine; d) mitme traadi lõikamine; e) lihvimine ja poleerimine

Pärast viilutamist,SiC vahvlidsageli esineb ebaühtlust paksuses ja pinna ebakorrapärasuses, mistõttu on vaja täiendavat tasandustöötlust. See algab lihvimisega, et kõrvaldada mikronitasemel pinna ebatasasused. Selle faasi ajal võib abrasiivne toime tekitada peeneid kriimustusi ja pinna ebatäiuslikkust. Seega on järgnev poleerimisetapp peeglitaolise viimistluse saavutamiseks ülioluline. Erinevalt lihvimisest kasutatakse poleerimisel peenemaid abrasiive ja nõuab põhjalikku hoolt, et vältida kriimustusi või sisemisi kahjustusi, tagades pinna kõrge sileduse.

Nende protseduuride kauduSiC vahvlidareneda töötlemata töötlemisest täppistöötluseni, mille tulemuseks on lame, peeglitaoline pind, mis sobib suure jõudlusega seadmetele. Siiski on oluline tegeleda teravate servadega, mis sageli tekivad poleeritud vahvlite perimeetri ümber. Need teravad servad võivad kokkupuutel teiste objektidega puruneda. Selle nõrkuse leevendamiseks on vajalik vahvli perimeetri servade lihvimine. Vahvlite töökindluse ja ohutuse tagamiseks hilisemal kasutamisel on kehtestatud tööstusstandardid.

SiC erakordne kõvadus muudab selle ideaalseks abrasiivseks materjaliks mitmesugustes töötlusrakendustes. See aga tekitab väljakutseid ka ränikarbiidi paanide töötlemisel vahvliteks, kuna see on aeganõudev ja keeruline protsess, mida pidevalt optimeeritakse. Üks paljutõotav uuendus traditsiooniliste viilutamismeetodite täiustamiseks on laserlõikamise tehnoloogia. Selle tehnika puhul suunatakse silindrilise SiC kristalli ülaosast laserkiir, mis keskendub soovitud lõikesügavusele, et luua kristalli sees modifitseeritud tsoon. Kogu pinna skaneerimisel laieneb see muudetud tsoon järk-järgult tasapinnaks, võimaldades õhukeste lehtede eraldamist. Võrreldes tavapärase mitme traadiga lõikamisega, millega kaasneb sageli märkimisväärne lõhede kadu ja mis võib põhjustada pinna ebatasasusi, vähendab laserlõikamine märkimisväärselt lõikamiskadu ja töötlemisaega, muutes selle paljutõotavaks meetodiks edaspidiseks arenguks.

Teine uuenduslik viilutamistehnoloogia on elektrilahenduslõikuse rakendamine, mis tekitab tühjendeid metalltraadi ja SiC kristalli vahel. Sellel meetodil on eelised sisselõike kadude vähendamisel, suurendades samal ajal töötlemise tõhusust.

Iseloomulik lähenemineSiC vahveltootmine hõlmab õhukese SiC monokristalli kile kleepimist heterogeensele substraadile, valmistades sellegaSiC vahvlid. See sidumis- ja eraldumisprotsess algab vesinikioonide süstimisega SiC monokristalli etteantud sügavusele. SiC kristallid, mis on nüüd varustatud ioonidega istutatud kihiga, on kihistatud siledale tugisubstraadile, näiteks polükristallilisele SiC-le. Surve ja kuumuse rakendamisel kantakse SiC monokristalli kiht kandvale substraadile, viies eraldumise lõpule. Ülekantud SiC kiht läbib pinna tasandamise ja seda saab sidumisprotsessis uuesti kasutada. Kuigi tugisubstraadi maksumus on madalam kui SiC monokristallidel, on endiselt tehnilisi väljakutseid. Sellele vaatamata edeneb selle valdkonna teadus- ja arendustegevus jätkuvalt aktiivselt, eesmärgiga alandada kogu tootmiskulusidSiC vahvlid.

Kokkuvõttes töötlemineSiC monokristall-substraadidhõlmab mitut etappi alates lihvimisest ja viilutamisest kuni poleerimise ja servade töötlemiseni. Sellised uuendused nagu laserlõikamine ja elektrilahendusega töötlemine parandavad tõhusust ja vähendavad materjali raiskamist, samas kui uued substraadi sidumismeetodid pakuvad alternatiivseid võimalusi kuluefektiivseks vahvlite tootmiseks. Kuna tööstus jätkab püüdlusi täiustatud tehnikate ja standardite poole, on lõppeesmärgiks kõrge kvaliteediga toodete tootmine.SiC vahvlidmis vastavad täiustatud elektroonikaseadmete nõudmistele.