Dispozitivele de putere cu semiconductori ocupă o poziție de bază în sistemele electronice de putere, în special în contextul dezvoltării rapide a tehnologiilor precum inteligența artificială, comunicațiile 5G și vehiculele cu energie noi, cerințele de performanță pentru acestea au fost îmbunătățite.
Carbură de siliciu(4H-SiC) a devenit un material ideal pentru fabricarea dispozitivelor de putere semiconductoare de înaltă performanță datorită avantajelor sale, cum ar fi bandgap mare, conductivitate termică ridicată, intensitate mare a câmpului de defalcare, rată ridicată de saturație, stabilitate chimică și rezistență la radiații. Cu toate acestea, 4H-SiC are duritate mare, fragilitate ridicată, inerție chimică puternică și dificultate mare de procesare. Calitatea suprafeței plachetei sale de substrat este crucială pentru aplicațiile pe scară largă a dispozitivelor.
Prin urmare, îmbunătățirea calității suprafeței plachetelor de substrat 4H-SiC, în special îndepărtarea stratului deteriorat de pe suprafața de procesare a plachetelor, este cheia pentru a obține o prelucrare eficientă, cu pierderi reduse și de înaltă calitate a plachetelor de substrat 4H-SiC.
Experiment
Experimentul folosește un lingou 4H-SiC de tip N de 4 inci crescut prin metoda de transport fizic al vaporilor, care este procesat prin tăiere cu sârmă, șlefuire, șlefuire brută, șlefuire fină și lustruire și înregistrează grosimea de îndepărtare a suprafeței C și a suprafeței Si și grosimea finală a plachetei în fiecare proces.
Figura 1 Diagrama schematică a structurii cristaline 4H-SiC
Figura 2 Grosimea îndepărtată de pe partea C și pe partea Si a 4H-napolitană SiCdupă diferite etape de prelucrare și grosimea plachetei după prelucrare
Grosimea, morfologia suprafeței, rugozitatea și proprietățile mecanice ale plachetei au fost pe deplin caracterizate de testerul parametrilor de geometrie a plachetei, microscopul de interferență diferențială, microscopul de forță atomică, instrumentul de măsurare a rugozității suprafeței și nanoindentor. În plus, difractometrul cu raze X de înaltă rezoluție a fost folosit pentru a evalua calitatea cristalului a plachetei.
Acești pași experimentali și metode de testare oferă suport tehnic detaliat pentru studierea ratei de îndepărtare a materialului și a calității suprafeței în timpul procesării 4H-Napolitane SiC.
Prin experimente, cercetătorii au analizat modificările ratei de îndepărtare a materialului (MRR), morfologia suprafeței și rugozitatea, precum și proprietățile mecanice și calitatea cristalului 4H-Napolitane SiCîn diferite etape de prelucrare (tăiere cu sârmă, șlefuire, șlefuire grosieră, șlefuire fină, lustruire).
Figura 3 Rata de îndepărtare a materialului a feței C și a feței Si a 4H-napolitană SiCîn diferite etape de prelucrare
Studiul a constatat că, datorită anizotropiei proprietăților mecanice ale diferitelor fețe de cristal de 4H-SiC, există o diferență în MRR între C-face și Si-face în cadrul aceluiași proces, iar MRR-ul C-face este semnificativ mai mare decât cea a Si-face. Odată cu avansarea etapelor de prelucrare, morfologia suprafeței și rugozitatea napolitanelor 4H-SiC sunt optimizate treptat. După lustruire, Ra-ul C-face este de 0,24 nm, iar Ra-ul Si-face ajunge la 0,14 nm, ceea ce poate satisface nevoile creșterii epitaxiale.
Figura 4 Imaginile microscopului optic ale suprafeței C (a~e) și suprafeței Si (f~j) a plachetei 4H-SiC după diferite etape de procesare
Figura 5 Imaginile microscopului de forță atomică ale suprafeței C (a~c) și suprafeței Si (d~f) a plachetei 4H-SiC după etapele de procesare CLP, FLP și CMP
Figura 6 (a) modulul elastic și (b) duritatea suprafeței C și a suprafeței Si a plachetei 4H-SiC după diferite etape de procesare
Testul de proprietate mecanică arată că suprafața C a plachetei are o tenacitate mai slabă decât materialul de suprafață Si, un grad mai mare de fractură fragilă în timpul procesării, îndepărtarea mai rapidă a materialului și morfologia și rugozitatea suprafeței relativ slabe. Îndepărtarea stratului deteriorat de pe suprafața prelucrată este cheia pentru îmbunătățirea calității suprafeței napolitanei. Lățimea de jumătate de înălțime a curbei de balansare 4H-SiC (0004) poate fi utilizată pentru a caracteriza și analiza intuitiv și precis stratul de deteriorare a suprafeței plachetei.
Figura 7 (0004) curba de balansare la jumătatea lățimii feței C și a feței Si a plachetei 4H-SiC după diferite etape de procesare
Rezultatele cercetării arată că stratul deteriorat de suprafață al plachetei poate fi îndepărtat treptat după procesarea plachetei 4H-SiC, ceea ce îmbunătățește eficient calitatea suprafeței napolitanei și oferă o referință tehnică pentru o procesare de înaltă eficiență, pierderi reduse și de înaltă calitate. de plachete cu substrat 4H-SiC.
Cercetătorii au procesat napolitane 4H-SiC prin diferite etape de prelucrare, cum ar fi tăierea sârmei, șlefuirea, șlefuirea brută, șlefuirea fină și lustruirea și au studiat efectele acestor procese asupra calității suprafeței plachetei.
Rezultatele arată că odată cu avansarea etapelor de prelucrare, morfologia suprafeței și rugozitatea plachetei sunt optimizate treptat. După lustruire, rugozitatea feței C și a feței Si atinge 0,24 nm și, respectiv, 0,14 nm, ceea ce îndeplinește cerințele creșterii epitaxiale. Fața C a plachetei are o duritate mai slabă decât materialul cu fața din Siliciu și este mai predispusă la rupere fragilă în timpul procesării, rezultând o morfologie și rugozitate a suprafeței relativ slabe. Îndepărtarea stratului deteriorat de suprafață al suprafeței prelucrate este cheia pentru îmbunătățirea calității suprafeței napolitanei. Jumătatea curbei de balansare 4H-SiC (0004) poate caracteriza în mod intuitiv și precis stratul de deteriorare a suprafeței plachetei.
Cercetările arată că stratul deteriorat de pe suprafața plachetelor 4H-SiC poate fi îndepărtat treptat prin procesarea napolitanelor 4H-SiC, îmbunătățind în mod eficient calitatea suprafeței napolitanelor, oferind o referință tehnică pentru eficiență ridicată, pierderi reduse și înaltă. prelucrarea de calitate a plachetelor cu substrat 4H-SiC.
Ora postării: Iul-08-2024