A félvezető erőátviteli eszközök központi helyet foglalnak el a teljesítményelektronikai rendszerekben, különösen az olyan technológiák rohamos fejlődésével összefüggésben, mint a mesterséges intelligencia, az 5G-kommunikáció és az új energetikai járművek, a velük szemben támasztott teljesítménykövetelmények javultak.
Szilícium-karbidA (4H-SiC) ideális anyaggá vált a nagy teljesítményű félvezető erőművek gyártásához, olyan előnyei miatt, mint a széles sávszélesség, a nagy hővezetőképesség, a nagy áttörési térerősség, a nagy telítési eltolódási sebesség, a kémiai stabilitás és a sugárzásállóság. A 4H-SiC azonban nagy keménységgel, nagy törékenységgel, erős kémiai tehetetlenséggel és nagy feldolgozási nehézséggel rendelkezik. A szubsztrát ostya felületi minősége döntő fontosságú a nagyszabású készülékalkalmazásoknál.
Ezért a 4H-SiC szubsztrát lapkák felületi minőségének javítása, különösen az ostyafeldolgozó felület sérült rétegének eltávolítása a kulcsa a hatékony, alacsony veszteségű és jó minőségű 4H-SiC szubsztrát ostyafeldolgozásnak.
Kísérlet
A kísérletben 4 hüvelykes N-típusú 4H-SiC tömböt használnak, amelyet fizikai gőzszállítási módszerrel termesztenek, amelyet huzalvágással, köszörüléssel, durva köszörüléssel, finomcsiszolással és polírozással dolgoznak fel, és rögzítik a C felület és a Si felület eltávolítási vastagságát. és az egyes folyamatokban a végső ostyavastagság.
1. ábra A 4H-SiC kristályszerkezet sematikus diagramja
2. ábra A vastagság eltávolítva a 4H- C- és Si-oldalárólSiC ostyakülönböző feldolgozási lépések után és az ostya vastagsága a feldolgozás után
Az ostya vastagságát, felületi morfológiáját, érdességét és mechanikai tulajdonságait ostya geometriai paramétervizsgálóval, differenciális interferencia mikroszkóppal, atomerőmikroszkóppal, felületi érdességmérő műszerrel és nanoindenterrel jellemeztük. Ezenkívül nagy felbontású röntgendiffraktométert használtunk az ostya kristályminőségének értékelésére.
Ezek a kísérleti lépések és vizsgálati módszerek részletes technikai támogatást nyújtanak az anyagleválasztási sebesség és a felületminőség tanulmányozásához a 4H-feldolgozás során.SiC ostyák.
A kutatók kísérletekkel elemezték az anyageltávolítási sebesség (MRR), a felületi morfológia és az érdesség, valamint a 4H- mechanikai tulajdonságainak és kristályminőségének változásait.SiC ostyákkülönböző feldolgozási lépésekben (huzalvágás, köszörülés, durva köszörülés, finomcsiszolás, polírozás).
3. ábra A 4H- C-felület és Si-felület anyageltávolítási sebességeSiC ostyakülönböző feldolgozási lépésekben
A tanulmány megállapította, hogy a 4H-SiC különböző kristályfelületeinek mechanikai tulajdonságainak anizotrópiája miatt ugyanazon eljárás során különbség van az MRR-ben a C-felület és a Si-felület között, és a C-felület MRR-értéke szignifikánsan magasabb, mint hogy a Si-face. A feldolgozási lépések előrehaladásával a 4H-SiC lapkák felületi morfológiája és érdessége fokozatosan optimalizálódik. Polírozás után a C-felület Ra-ja 0,24 nm, az Si-felület Ra-értéke pedig eléri a 0,14 nm-t, ami megfelel az epitaxiális növekedés igényeinek.
4. ábra A 4H-SiC lapka C felületének (a~e) és Si felületének (f~j) optikai mikroszkópos felvételei különböző feldolgozási lépések után
5. ábra A 4H-SiC lapka C felületének (a~c) és Si felületének (d~f) atomerő-mikroszkópos felvételei a CLP, FLP és CMP feldolgozási lépések után
6. ábra (a) a 4H-SiC lapka C felületének és Si felületének rugalmassági modulusa és (b) keménysége különböző feldolgozási lépések után
A mechanikai tulajdonságok vizsgálata azt mutatja, hogy az ostya C felülete gyengébb szívóssággal rendelkezik, mint a Si felületi anyag, nagyobb a rideg törése a feldolgozás során, gyorsabb az anyageltávolítás, és viszonylag rossz a felület morfológiája és érdessége. Az ostya felületi minőségének javításához kulcsfontosságú a feldolgozott felület sérült rétegének eltávolítása. A 4H-SiC (0004) ringató görbe félmagas szélességével intuitívan és pontosan lehet jellemezni és elemezni az ostya felületi sérülésrétegét.
7. ábra (0004) a 4H-SiC lapka C- és Si-felületének félszélessége lengőgörbe különböző feldolgozási lépések után
A kutatási eredmények azt mutatják, hogy az ostya felületi sérülésrétege a 4H-SiC ostya feldolgozás után fokozatosan eltávolítható, ami hatékonyan javítja az ostya felületi minőségét és technikai referenciát ad a nagy hatékonyságú, alacsony veszteségű és jó minőségű feldolgozáshoz. 4H-SiC szubsztrát lapkák.
A kutatók 4H-SiC ostyákat dolgoztak fel különböző feldolgozási lépésekkel, például huzalvágással, köszörüléssel, durva köszörüléssel, finomcsiszolással és polírozással, és tanulmányozták ezeknek a folyamatoknak az ostya felületi minőségére gyakorolt hatását.
Az eredmények azt mutatják, hogy a feldolgozási lépések előrehaladtával az ostya felületi morfológiája és érdessége fokozatosan optimalizálódik. Polírozás után a C-felület és a Si-felület érdessége eléri a 0,24 nm-t, illetve a 0,14 nm-t, ami megfelel az epitaxiális növekedés követelményeinek. Az ostya C-felületének szívóssága gyengébb, mint a Si-face anyagé, és hajlamosabb a feldolgozás során a rideg törésre, ami viszonylag rossz felületi morfológiát és érdességet eredményez. A megmunkált felület felületi sérülésrétegének eltávolítása a kulcsa az ostya felületi minőségének javításának. A 4H-SiC (0004) ringató görbe félszélessége intuitív módon és pontosan jellemezheti az ostya felületi sérülésrétegét.
A kutatások azt mutatják, hogy a 4H-SiC lapkák felületén lévő sérült réteg fokozatosan eltávolítható 4H-SiC ostyafeldolgozással, hatékonyan javítva az ostya felületi minőségét, technikai referenciaként szolgálva a nagy hatékonyságú, alacsony veszteségű és nagy 4H-SiC szubsztrát lapkák minőségi feldolgozása.
Feladás időpontja: 2024.08.08