Inbhe agus Gluasadan Làithreach Teicneòlas Giullachd Wafer SiC

Mar stuth fo-strat leth-chonnsachaidh treas ginealach,carbaid sileacon (SiC)Tha cothroman tagraidh farsaing aig criostal singilte ann an saothrachadh innealan dealanach àrd-tricead agus àrd-chumhachd. Tha teicneòlas giullachd SiC a’ cluich pàirt chinnteach ann an cinneasachadh stuthan fo-strat àrd-inbhe. Tha an artaigil seo a’ toirt a-steach staid làithreach rannsachaidh air teicneòlasan giullachd SiC an dà chuid ann an Sìona agus thall thairis, a’ dèanamh anailis agus a’ dèanamh coimeas eadar dòighean-obrach phròiseasan gearraidh, bleith agus snasadh, a bharrachd air na gluasadan ann an rèidhleanachd wafer agus garbhlachd uachdar. Tha e cuideachd a’ comharrachadh nan dùbhlain a th’ ann ann am giullachd wafer SiC agus a’ beachdachadh air stiùiridhean leasachaidh san àm ri teachd.

Carbid sileacon (SiC)Tha uaifearan nan stuthan bunaiteach deatamach airson innealan leth-chonnsachaidh treas ginealach agus tha cudromachd mhòr agus comas margaidh aca ann an raointean leithid meanbh-eileagtronaig, eileagtronaig cumhachd, agus solais leth-chonnsachaidh. Air sgàth cruas agus seasmhachd cheimigeach anabarrach àrdcriostalan singilte SiC, chan eil dòighean giullachd leth-chonnsachaidh traidiseanta gu tur freagarrach airson an innealachadh. Ged a tha mòran chompanaidhean eadar-nàiseanta air rannsachadh farsaing a dhèanamh air giullachd theicnigeach dùbhlanach criostalan singilte SiC, tha teicneòlasan buntainneach air an cumail gu tur dìomhair.

Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha Sìona air oidhirpean a mheudachadh ann a bhith a’ leasachadh stuthan agus innealan criostail singilte SiC. Ach, tha adhartas teicneòlas innealan SiC san dùthaich an-dràsta air a chuingealachadh le cuingealachaidhean ann an teicneòlasan giullachd agus càileachd wafer. Mar sin, tha e riatanach do Shìona comasan giullachd SiC a leasachadh gus càileachd fo-stratan criostail singilte SiC a leasachadh agus an cleachdadh practaigeach agus cinneasachadh mòr a choileanadh.

Tha na prìomh cheumannan giollachd a’ toirt a-steach: gearradh → bleith garbh → bleith mìn → snasadh garbh (snasadh meacanaigeach) → snasadh mìn (snasadh ceimigeach meacanaigeach, CMP) → sgrùdadh.

Gearradh Chriostalan Singilte SiC

Ann a bhith a’ giullachdcriostalan singilte SiC, ’S e gearradh a’ chiad cheum agus ceum air leth cudromach. Bidh bogha, dlùthadh, agus atharrachadh iomlan tighead (TTV) an uaifeir mar thoradh air a’ phròiseas gearraidh a’ dearbhadh càileachd agus èifeachdas nan obrachaidhean bleith is snasaidh às dèidh sin.

Faodar innealan gearraidh a sheòrsachadh a rèir cumadh ann an sàibh daoimean le trast-thomhas a-staigh (ID), sàibh a-muigh (OD), sàibh còmhlain, agus sàibh uèir. Faodar sàibh uèir, an uair sin, a sheòrsachadh a rèir an seòrsa gluasaid ann an siostaman uèir ath-chuairteachaidh agus lùbach (gun chrìoch). Stèidhichte air meacanachd gearraidh an sgrìobach, faodar dòighean gearraidh sàbh uèir a roinn ann an dà sheòrsa: sàbhadh uèir sgrìobach an-asgaidh agus sàbhadh uèir daoimean sgrìobach stèidhichte.

1.1 Modhan Gearraidh Traidiseanta

Tha doimhneachd gearraidh sàibh le trast-thomhas a-muigh (OD) air a chuingealachadh le trast-thomhas na lanna. Rè a’ phròiseas gearraidh, tha an lann buailteach do chreathadh agus claonadh, agus mar thoradh air sin bidh ìrean fuaim àrd agus cruas ìosal ann. Bidh sàibh le trast-thomhas a-staigh (ID) a’ cleachdadh sgrìoban daoimean air cuairt-thomhas a-staigh na lanna mar oir gearraidh. Faodaidh na lannan seo a bhith cho tana ri 0.2 mm. Rè gearradh, bidh an lann ID a’ rothladh aig astar àrd fhad ‘s a tha an stuth a tha ri ghearradh a’ gluasad gu radaigeach an coimeas ri meadhan na lanna, a’ coileanadh gearradh tron ​​ghluasad coimeasach seo.

Feumaidh sàibh còmhlain daoimean stad is tionndadh tric, agus tha an astar gearraidh glè ìosal—mar as trice chan eil e nas àirde na 2 m/s. Bidh iad cuideachd a’ fulang le caitheamh meacanaigeach mòr agus cosgaisean cumail suas àrd. Air sgàth leud lann an t-sàbhaidh, chan urrainn don radius gearraidh a bhith ro bheag, agus chan eil gearradh ioma-shliseag comasach. Tha na h-innealan sàbhaidh traidiseanta seo air an cuingealachadh le cruas a’ bhunait agus chan urrainn dhaibh gearraidhean lùbte a dhèanamh no tha radius tionndaidh cuibhrichte aca. Chan urrainn dhaibh ach gearraidhean dìreach a dhèanamh, bidh iad a’ dèanamh kerfs farsaing, tha ìre toraidh ìosal aca, agus mar sin chan eil iad freagarrach airson gearradh.criostalan SiC.

1.2 Gearradh Ioma-Uèir Sàbhaidh Uèir Sgrìobach an-asgaidh

Bidh an dòigh-obrach gearraidh sàbhaidh uèir sgrìobach an-asgaidh a’ cleachdadh gluasad luath na h-uèir gus slud a ghiùlan a-steach don ghearradh, a’ leigeil le stuth a thoirt air falbh. Bidh e sa mhòr-chuid a’ cleachdadh structar ath-chuairteachaidh agus an-dràsta tha e na dhòigh aibidh agus air a chleachdadh gu farsaing airson gearradh ioma-wafer èifeachdach de silicon aon-chriostail. Ach, chan eil a chleachdadh ann an gearradh SiC air a bhith air a sgrùdadh cho farsaing.

Faodaidh sàibh uèir sgrìobach saor wafers a phròiseasadh le tiugh nas lugha na 300 μm. Tha iad a’ tabhann call kerf ìosal, is ann ainneamh a bhios iad ag adhbhrachadh sgoltadh, agus tha càileachd uachdar caran math mar thoradh air. Ach, air sgàth an dòigh-obrach toirt air falbh stuthan - stèidhichte air roiligeadh agus claonadh stuthan sgrìobach - bidh uachdar a’ wafer buailteach cuideam fuigheallach mòr, meanbh-sgàinidhean, agus sreathan milleadh nas doimhne a leasachadh. Bidh seo ag adhbhrachadh lùbadh wafer, ga dhèanamh duilich smachd a chumail air cruinneas pròifil an uachdair, agus a’ meudachadh an luchd air ceumannan giullachd às dèidh sin.

Tha buaidh mhòr aig an t-slaodar air coileanadh a’ ghearraidh; tha e riatanach geur-chruth nan sgrìoban agus dùmhlachd an t-slaodar a chumail suas. Tha làimhseachadh agus ath-chuairteachadh slaodar cosgail. Nuair a bhios iad a’ gearradh ingotan mòra, bidh duilgheadas aig sgrìoban a dhol a-steach do sgoltagan domhainn is fada. Fon aon mheud gràin sgrìobach, tha call na sgoltagan nas motha na call sgoltagan sàibh uèir sgrìobach stèidhichte.

1.3 Gearradh ioma-uèir le uèir daoimean sgrìobach stèidhichte

Mar as trice, bidh sàibh uèir daoimean sgrìobach stèidhichte air an dèanamh le bhith a’ cur mìrean daoimean air fo-strat uèir stàilinn tro dhòighean electroplating, sintering, no ceangal roisinn. Tha buannachdan aig sàibh uèir daoimean electroplating leithid kerfs nas cumhainge, càileachd sliseag nas fheàrr, èifeachdas nas àirde, truailleadh nas ìsle, agus an comas stuthan àrd-chruas a ghearradh.

’S e an sàbh uèir daoimean electroplated ath-chuairteachaidh an dòigh as fharsainge a thathas a’ cleachdadh an-dràsta airson SiC a ghearradh. Tha Figear 1 (nach eil air a shealltainn an seo) a’ sealltainn cho rèidh ’s a tha uachdar nan sliseagan SiC a chaidh a ghearradh leis an dòigh seo. Mar a thèid an gearradh air adhart, bidh lùbadh an t-sliseag ag àrdachadh. Tha seo air sgàth gu bheil an raon conaltraidh eadar an uèir agus an stuth ag àrdachadh mar a ghluaiseas an uèir sìos, ag àrdachadh an aghaidh agus crith na uèir. Nuair a ruigeas an uèir trast-thomhas as motha an t-sliseag, bidh an crith aig an ìre as àirde, agus mar thoradh air sin bidh an lùbadh as motha ann.

Anns na h-ìrean nas fhaide air adhart den ghearradh, air sgàth 's gu bheil an uèir a' faighinn luathachadh, gluasad aig astar seasmhach, lughdachadh, stad, agus tionndadh air ais, còmhla ri duilgheadasan ann a bhith a' toirt air falbh sprùilleach leis an fhuaradair, bidh càileachd uachdar an t-slige a' crìonadh. Is e tionndadh uèir agus atharrachaidhean astair, a bharrachd air mìrean mòra daoimean air an uèir, na prìomh adhbharan airson sgrìoban uachdar.

1.4 Teicneòlas Dealachaidh Fuar

Tha dealachadh fuar criostalan singilte SiC na phròiseas ùr-ghnàthach ann an raon giollachd stuthan leth-chonnsachaidh treas ginealach. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha e air aire mhòr a tharraing air sgàth a bhuannachdan follaiseach ann a bhith a’ leasachadh toradh agus a’ lughdachadh call stuthan. Faodar an teicneòlas a sgrùdadh bho thrì taobhan: prionnsapal obrach, sruthadh a’ phròiseis, agus prìomh bhuannachdan.

Co-dhùnadh Treòrachadh Chriostail agus Bleith Trast-thomhas a-muigh: Mus tèid a phròiseasadh, feumar treòrachadh criostail ingot SiC a dhearbhadh. Tha an ingot an uairsin air a chumadh gu structar siolandair (ris an canar puc SiC gu cumanta) tro bhith a’ bleith trast-thomhas a-muigh. Tha an ceum seo a’ leagail a’ bhunait airson gearradh agus slisneachadh stiùiridh às dèidh sin.

Gearradh Ioma-Uèir: Bidh an dòigh seo a’ cleachdadh mìrean sgrìobach còmhla ri uèirichean gearraidh gus an ingot siolandair a ghearradh. Ach, tha call mòr sgoltadh agus cùisean neo-chothromachd uachdar ann.

Teicneòlas Gearraidh Leusair: Tha leusair air a chleachdadh gus sreath atharraichte a chruthachadh taobh a-staigh a’ chriostail, agus faodar sliseagan tana a sgaradh bhuapa. Bidh an dòigh-obrach seo a’ lughdachadh call stuthan agus a’ neartachadh èifeachdas giollachd, ga dhèanamh na stiùireadh ùr gealltanach airson gearradh uaifearan SiC.

Leasachadh Pròiseas Gearraidh

Gearradh Ioma-uèir Sgrìobach Stèidhichte: Is e seo an teicneòlas prìomh-shruthach an-dràsta, a tha freagarrach airson feartan cruas àrd SiC.

Innealachadh Sgaoilidh Dealain (EDM) agus Teicneòlas Sgaradh Fuar: Tha na modhan sin a’ toirt seachad fuasglaidhean eadar-mheasgte a tha air an dealbhadh a rèir riatanasan sònraichte.

Pròiseas Snasaidh: Tha e riatanach cothromachadh a dhèanamh eadar an ìre toirt air falbh stuthan agus milleadh uachdar. Bithear a’ cleachdadh Snasadh Ceimigeach Meacanaigeach (CMP) gus cunbhalachd uachdar a leasachadh.

Sgrùdadh Fìor-Ùine: Tha teicneòlasan sgrùdaidh air-loidhne gan toirt a-steach gus sùil a chumail air garbh-chruth uachdar ann an àm fìor.

Gearradh Leusair: Tha an dòigh seo a’ lughdachadh call sgoltadh agus a’ giorrachadh chuairtean giullachd, ged a tha an raon a tha fo bhuaidh teirmeach fhathast na dhùbhlan.

Teicneòlasan Giullachd Measgaichte: Bidh cothlamadh dhòighean meacanaigeach is ceimigeach a’ leasachadh èifeachdas giullachd.

Tha an teicneòlas seo air a bhith air a chleachdadh ann an gnìomhachas mu thràth. Mar eisimpleir, cheannaich Infineon SILTECTRA agus tha peutantan bunaiteach aca a-nis a tha a’ toirt taic do chinneasachadh mòr de wafers 8-òirleach. Ann an Sìona, tha companaidhean mar Delong Laser air èifeachdas toraidh de 30 wafer gach ingot a choileanadh airson giullachd wafer 6-òirleach, a’ riochdachadh leasachadh 40% air dòighean traidiseanta.

Mar a bhios saothrachadh uidheamachd dachaigheil a’ luathachadh, thathar an dùil gum bi an teicneòlas seo mar am prìomh fhuasgladh airson giullachd fo-strat SiC. Leis an trast-thomhas a tha a’ sìor fhàs de stuthan leth-chonnsachaidh, tha dòighean gearraidh traidiseanta air fàs seann-fhasanta. Am measg nan roghainnean a th’ ann an-dràsta, tha teicneòlas sàbhaidh uèir daoimean ath-chuairteachaidh a’ sealltainn na cothroman tagraidh as gealltanach. Tha gearradh leusair, mar dhòigh a tha a’ tighinn am bàrr, a’ tabhann buannachdan mòra agus thathar an dùil gum bi e mar am prìomh dhòigh gearraidh san àm ri teachd.

2,Bleith criostail singilte SiC

Mar riochdaire air leth-sheoltairean treas ginealach, tha buannachdan mòra aig silicon carbide (SiC) air sgàth a bheàrn-chòmhlain fharsaing, raon dealain briseadh-sìos àrd, astar drift electron sàthaichte àrd, agus seoltachd teirmeach sàr-mhath. Tha na feartan seo a’ dèanamh SiC gu sònraichte buannachdail ann an tagraidhean àrd-bholtaids (me, àrainneachdan 1200V). Tha an teicneòlas giullachd airson bun-stuthan SiC na phàirt bhunasach de dhèanamh innealan. Bidh càileachd uachdar agus mionaideachd an t-substrate a’ toirt buaidh dhìreach air càileachd an t-sreath epitaxial agus coileanadh an inneil chrìochnaichte.

’S e prìomh adhbhar a’ phròiseis bleith comharran sàbhaidh uachdar agus sreathan milleadh a chaidh adhbhrachadh rè gearradh a thoirt air falbh, agus deformachadh air adhbhrachadh leis a’ phròiseas gearraidh a cheartachadh. Leis cho cruaidh ’s a tha SiC, feumaidh bleith sgrìoban cruaidh leithid boron carbide no daoimean a chleachdadh. Mar as trice, tha bleith àbhaisteach air a roinn ann am bleith garbh agus bleith mìn.

2.1 Bleith Garbh is Mìn

Faodar bleith a sheòrsachadh a rèir meud gràinean sgrìobach:

Bleith Garbh: A’ cleachdadh stuthan sgrìobach nas motha sa mhòr-chuid gus comharran sàbhaidh agus sreathan milleadh a chaidh adhbhrachadh rè gearradh a thoirt air falbh, a’ leasachadh èifeachdas giollachd.

Bleith Mhionaideach: A’ cleachdadh stuthan sgrìobach nas mìne gus an còmhdach milleadh a dh’fhàgas bleith gharbh a thoirt air falbh, garbh-chruth an uachdair a lughdachadh, agus càileachd an uachdair a leasachadh.

Bidh mòran de luchd-saothrachaidh bun-stuthan SiC dachaigheil a’ cleachdadh phròiseasan cinneasachaidh air sgèile mhòr. Tha dòigh chumanta a’ toirt a-steach bleith dà-thaobhach le bhith a’ cleachdadh truinnsear iarainn-tilgte agus slurry daoimean monocrystalline. Bidh am pròiseas seo gu h-èifeachdach a’ toirt air falbh an còmhdach millte a dh’ fhàg sàbhadh uèir, a’ ceartachadh cumadh na wafer, agus a’ lughdachadh TTV (Caochladh Tiugh Iomlan), Bogha, agus Warp. Tha an ìre toirt air falbh stuthan seasmhach, mar as trice a’ ruighinn 0.8–1.2 μm/min. Ach, tha uachdar na wafer a thig às a sin neo-shoilleir le garbh-chruth caran àrd - mar as trice timcheall air 50 nm - a chuireas iarrtasan nas àirde air ceumannan snasaidh às dèidh sin.

2.2 Bleith Aon-thaobhach

Chan eil bleith aon-taobhach a’ giullachd ach aon taobh den wafer aig an aon àm. Rè a’ phròiseis seo, tha an wafer air a chuir le cèir air truinnsear stàilinn. Fo chuideam a chaidh a chur an sàs, bidh an t-substrate a’ faighinn beagan deformachaidh, agus tha an uachdar àrd air a rèiteachadh. Às deidh bleith, tha an uachdar ìosal air a chothromachadh. Nuair a thèid an cuideam a thoirt air falbh, bidh an uachdar àrd buailteach faighinn air ais chun a chumadh tùsail, a bheir buaidh cuideachd air an uachdar ìosal a tha air a bleith mar-thà - ag adhbhrachadh gum bi an dà thaobh a’ lùbadh agus a’ crìonadh ann an rèidh.

A bharrachd air sin, faodaidh am plàta bleith a bhith cam ann an ùine ghoirid, ag adhbhrachadh gum bi an t-uaifreann cruinn. Gus rèidhleanachd a’ phlàta a chumail suas, feumar a sgeadachadh gu tric. Air sgàth èifeachdas ìosal agus rèidhleanachd bochd an uaifreann, chan eil bleith aon-taobhach freagarrach airson cinneasachadh mòr.

Mar as trice, bidh cuibhlichean bleith #8000 gan cleachdadh airson bleith mhìn. Ann an Iapan, tha am pròiseas seo caran aibidh agus bidh e eadhon a’ cleachdadh cuibhlichean snasail #30000. Leigidh seo le garbh-chruth uachdar nan wafers a chaidh a phròiseasadh ruighinn fo 2 nm, a’ dèanamh nan wafers deiseil airson CMP (Snasadh Meacanaigeach Ceimigeach) mu dheireadh gun phròiseasadh a bharrachd.

2.3 Teicneòlas Tanachaidh Aon-thaobhach

’S e dòigh ùr-ghnàthach airson bleith aon-thaobhach a th’ ann an Teicneòlas Tanachaidh Aon-thaobhach Daoimean. Mar a chithear ann am Figear 5 (nach eil air a shealltainn an seo), bidh am pròiseas a’ cleachdadh truinnsear bleith ceangailte ri daoimean. Tha an t-uabhar air a dhaingneachadh tro adsorption falamh, agus an dà chuid an t-uabhar agus a’ chuibhle bleith daoimean a’ tionndadh aig an aon àm. Bidh a’ chuibhle bleith a’ gluasad sìos mean air mhean gus an t-uabhar a tanachadh gu tighead targaid. Às deidh aon taobh a bhith deiseil, thèid an t-uabhar a thionndadh gus an taobh eile a phròiseasadh.

Às dèidh tanachadh, faodaidh wafer 100 mm na leanas a choileanadh:

Bogha < 5 μm

TTV < 2 μm

Garbh-uachdar < 1 nm

Tha an dòigh-obrach giullachd aon-wafer seo a’ tabhann seasmhachd àrd, cunbhalachd sàr-mhath, agus ìre àrd de thoirt air falbh stuthan. An coimeas ri bleith dà-thaobhach àbhaisteach, tha an dòigh-obrach seo a’ leasachadh èifeachdas bleith còrr is 50%.

2.4 Bleith dà-thaobhach

Bidh bleith dà-thaobhach a’ cleachdadh plàta bleith àrd is ìosal gus gach taobh den t-substrate a bleith aig an aon àm, a’ dèanamh cinnteach à càileachd uachdar sàr-mhath air gach taobh.

Rè a’ phròiseis, bidh na pleitean bleith an toiseach a’ cur cuideam air na puingean as àirde den phìos obrach, ag adhbhrachadh deformachadh agus toirt air falbh stuth mean air mhean aig na puingean sin. Mar a bhios na puingean àrda air an ìreachadh, bidh an cuideam air an t-substrate mean air mhean a’ fàs nas co-ionnan, agus mar thoradh air sin bidh deformachadh cunbhalach air feadh an uachdair gu lèir. Leigidh seo leis an dà chuid na h-uachdaran àrda is ìosal a bhith air am bleith gu cothromach. Cho luath ‘s a bhios am bleith deiseil agus an cuideam air a leigeil ma sgaoil, bidh gach pàirt den t-substrate a’ faighinn air ais gu co-ionnan air sgàth a’ chuideam cho-ionnan a dh’ fhuiling e. Bidh seo a’ leantainn gu glè bheag de lùbadh agus deagh rèidhleanachd.

Tha garbh-chruth uachdar a’ chlais às dèidh bleith an urra ri meud nan gràinean sgrìobach—bidh gràinean nas lugha a’ toirt uachdaran nas rèidhe. Nuair a thathar a’ cleachdadh sgrìoban 5 μm airson bleith dà-thaobhach, faodar smachd a chumail air rèidhleanachd agus atharrachadh tighead a’ chlais taobh a-staigh 5 μm. Tha tomhais Mhicreasgopaidh Feachd Atamach (AFM) a’ sealltainn garbh-chruth uachdar (Rq) de mu 100 nm, le slocan bleith suas ri 380 nm de dhoimhneachd agus comharran loidhneach rim faicinn air adhbhrachadh le gnìomh sgrìobach.

Tha dòigh nas adhartaiche a’ toirt a-steach bleith dà-thaobhach le bhith a’ cleachdadh padaichean foam polyurethane còmhla ri slurry daoimean polycrystalline. Bidh am pròiseas seo a’ toirt a-mach wafers le garbh-uachdar glè ìosal, a’ ruighinn Ra < 3 nm, a tha gu math buannachdail airson snasadh às dèidh sin de shubstratan SiC.

Ach, tha sgrìobadh uachdar fhathast na chùis gun fhuasgladh. A bharrachd air an sin, tha an daoimean polycrystalline a thathar a’ cleachdadh sa phròiseas seo air a thoirt gu buil tro cho-chur spreadhaidh, rud a tha dùbhlanach gu teicnigeach, a bheir a-mach meudan beaga, agus a tha gu math daor.

Snasadh Chriostalan Singilte SiC

Gus uachdar snasta àrd-inbhe fhaighinn air uaifearan silicon carbide (SiC), feumaidh snasadh slocan bleith agus tonnan uachdar sgèile nanometer a thoirt air falbh gu tur. Is e an t-amas uachdar rèidh, gun lochdan a chruthachadh gun truailleadh no crìonadh, gun mhilleadh fon uachdar, agus gun cuideam uachdar fuigheallach.

3.1 Snasadh Meacanaigeach agus CMP de Wafers SiC

Às dèidh fàs ingot criostail shingilte SiC, bidh lochdan uachdar ga chasg bho bhith air a chleachdadh gu dìreach airson fàs epitaxial. Mar sin, feumar tuilleadh giollachd. Tha an ingot air a chumadh an toiseach gu cruth siolandair àbhaisteach tro chruinneachadh, an uairsin air a sgoltadh ann an uaifearan le bhith a’ cleachdadh gearradh uèir, agus an uairsin air a dhearbhadh le treòrachadh criosta-eòlach. Tha snasadh na cheum deatamach ann a bhith a’ leasachadh càileachd uaifearan, a’ dèiligeadh ri milleadh uachdar a dh’ fhaodadh a bhith air adhbhrachadh le lochdan fàs criostail agus ceumannan giollachd ro-làimh.

Tha ceithir prìomh dhòighean ann airson sreathan millte uachdar a thoirt air falbh air SiC:

Snasadh meacanaigeach: Sìmplidh ach a’ fàgail sgrìoban; freagarrach airson snasadh tùsail.

Snasadh Ceimigeach Meacanaigeach (CMP): A’ toirt air falbh sgrìoban tro ghràbhaladh ceimigeach; freagarrach airson snasadh mionaideach.

Greanadh haidridein: Feumaidh e uidheam iom-fhillte, a thathas a’ cleachdadh gu cumanta ann am pròiseasan HTCVD.

Snasadh le taic plasma: Iom-fhillte agus air a chleachdadh gu tearc.

Bidh snasadh meacanaigeach a-mhàin buailteach sgrìoban adhbhrachadh, ach faodaidh snasadh ceimigeach a-mhàin leantainn gu gràbhaladh neo-chothromach. Tha CMP a’ cothlamadh an dà bhuannachd agus a’ tabhann fuasgladh èifeachdach, cosg-èifeachdach.

Prionnsabal Obrach CMP

Bidh CMP ag obair le bhith a’ rothladh an uaifle fo chuideam suidhichte an aghaidh pada snasail rothlach. Bidh an gluasad coimeasach seo, còmhla ri sgrìobadh meacanaigeach bho sgrìoban nano-mheud anns an t-slam agus gnìomh ceimigeach riochdairean ath-ghnìomhach, a’ coileanadh planarachadh uachdar.

Prìomh stuthan a chaidh a chleachdadh:

Slam snasail: Anns a bheil stuthan sgrìobach agus riochdairean ceimigeach.

Pada snasail: Bidh e a’ caitheamh sìos rè cleachdadh, a’ lughdachadh meud nam pores agus èifeachdas lìbhrigidh an t-slam. Feumar sgeadachadh cunbhalach, mar as trice le bhith a’ cleachdadh inneal-snasaidh daoimean, gus garbh-chruth a thoirt air ais.

Pròiseas CMP àbhaisteach

Sgrìobach: slud daoimean 0.5 μm

Garbh-chruth uachdar targaid: ~0.7 nm

Snasadh Ceimigeach Meacanaigeach:

Uidheam snasaidh: inneal snasaidh aon-taobhach AP-810

Brùthadh: 200 g/cm²

Astar a’ phlàta: 50 rpm

Astar neach-gleidhidh ceirmeach: 38 rpm

Co-dhèanamh slurraidh:

SiO₂ (30% cuideam, pH = 10.15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, ìre ath-ghnìomhaiche)

Atharraich pH gu 8.5 le bhith a’ cleachdadh 5% wt KOH agus 1% wt HNO₃

Ìre sruth-slugaidh: 3 L/min, air ath-chuairteachadh

Bidh am pròiseas seo a’ leasachadh càileachd wafer SiC gu h-èifeachdach agus a’ coinneachadh ri riatanasan phròiseasan sìos an abhainn.

Dùbhlain Theicnigeach ann an Snasadh Meacanaigeach

Tha SiC, mar leth-sheoltóir le beàrn-chòmhlain farsaing, a’ cluich pàirt riatanach ann an gnìomhachas an eileagtronaig. Le feartan fiosaigeach is ceimigeach sàr-mhath, tha criostalan singilte SiC freagarrach airson àrainneachdan anabarrach, leithid teòthachd àrd, tricead àrd, cumhachd àrd, agus strì an aghaidh rèididheachd. Ach, tha a nàdar cruaidh is brisg a’ cur dùbhlain mhòra ann an bleith is snasadh.

Mar a bhios prìomh luchd-saothrachaidh cruinneil ag atharrachadh bho wafers 6-òirleach gu 8-òirleach, tha cùisean leithid sgàineadh agus milleadh wafer rè giullachd air fàs nas follaisiche, a’ toirt buaidh mhòr air toradh. Tha dèiligeadh ri dùbhlain theicnigeach fo-stratan SiC 8-òirleach a-nis na chomharradh cudromach airson adhartas a’ ghnìomhachais.

Anns an linn 8-òirleach, tha grunn dhùbhlain mu choinneamh giullachd wafer SiC:

Tha feum air sgèileadh wafer gus toradh sliseagan gach baidse a mheudachadh, call oir a lughdachadh, agus cosgaisean cinneasachaidh a lughdachadh - gu h-àraidh leis gu bheil iarrtas a’ sìor fhàs ann an tagraidhean charbadan dealain.

Ged a tha fàs criostalan singilte SiC 8-òirleach air aibidh, tha pròiseasan cùl-raoin leithid bleith agus snasadh fhathast a’ fulang le cnapan-starra, agus mar thoradh air sin tha toradh ìosal ann (dìreach 40–50%).

Bidh oibheagan nas motha a’ fulang le sgaoilidhean cuideam nas iom-fhillte, ag àrdachadh an duilgheadas a thaobh riaghladh cuideam snasaidh agus cunbhalachd toraidh.

Ged a tha tiugh wafers 8-òirleach a’ tighinn faisg air tiugh wafers 6-òirleach, tha iad nas buailtiche do mhilleadh nuair a thathar gan làimhseachadh air sgàth cuideam agus lùbadh.

Gus cuideam, lùbadh agus sgàineadh co-cheangailte ri gearradh a lùghdachadh, thathas a’ cleachdadh gearradh leusair barrachd is barrachd. Ach:

Bidh lasers tonn-fhada ag adhbhrachadh milleadh teirmeach.

Bidh leusairean tonn-ghoirid a’ gineadh sprùilleach trom agus a’ doimhneachadh an ìre milleadh, ag àrdachadh iom-fhillteachd snasadh.

Sruth-obrach snasadh meacanaigeach airson SiC

Tha sruth-obrach coitcheann a’ gabhail a-steach:

Gearradh treòrachaidh

Bleith garbh

Bleith mhionaideach

Snasadh meacanaigeach

Snasadh Ceimigeach Meacanaigeach (CMP) mar an ceum mu dheireadh

Tha roghainn dòigh CMP, dealbhadh slighe a’ phròiseis, agus leasachadh nam paramadairean deatamach. Ann an saothrachadh leth-chonnsachaidh, is e CMP an ceum cinnteach airson wafers SiC a dhèanamh le uachdaran rèidh, gun lochdan, agus gun mhilleadh, a tha riatanach airson fàs epitaxial àrd-inbhe.

(a) Thoir an ingot SiC a-mach às a’ chrios-bhùird;

(b) Dèan cumadh tùsail le bhith a’ bleith trast-thomhas a-muigh;

(c) Obraich a-mach treòrachadh a’ chriostail le bhith a’ cleachdadh loidhnichean còmhnard no eagannan co-thaobhadh;

(d) Gearr am meur-chlàir ann am pìosan tana le bhith a’ cleachdadh sàbhadh ioma-uèir;

(e) Coilean uachdar rèidh mar sgàthan tro cheumannan bleith is snasaidh.

Às dèidh crìoch a chur air an t-sreath de cheumannan giullachd, bidh oir a-muigh a’ chliath-bhàta SiC gu tric a’ fàs biorach, agus tha sin ag àrdachadh cunnart sgoltadh rè làimhseachadh no cleachdadh. Gus an leithid de bhriseadh-dùil a sheachnadh, feumar na h-oirean a bhleith.

A bharrachd air pròiseasan gearraidh traidiseanta, tha dòigh ùr-ghnàthach ann airson uaifearan SiC ullachadh a tha a’ toirt a-steach teicneòlas ceangail. Leigidh an dòigh-obrach seo le bhith a’ dèanamh uaifearan le bhith a’ ceangal sreath tana aon-chriostail SiC ri fo-strat eadar-dhealaichte (fo-strat taice).

Tha Figear 3 a’ mìneachadh sruth a’ phròiseis:

An toiseach, thèid sreath dì-laminachaidh a chruthachadh aig doimhneachd shònraichte air uachdar criostal singilte SiC tro bhith a’ cur ian haidridean a-steach no dòighean coltach ris. An uairsin thèid criostal singilte SiC a chaidh a phròiseasadh a cheangal ri fo-strat taice rèidh agus a chur fo chuideam agus teas. Leigidh seo le gluasad agus dealachadh soirbheachail an t-sreath criostal singilte SiC chun an fho-strat taice.

Bidh an còmhdach SiC air a sgaradh a’ dol tro làimhseachadh uachdar gus an rèidhlean a tha a dhìth a choileanadh agus faodar ath-chleachdadh ann am pròiseasan ceangail às dèidh sin. An coimeas ri gearradh traidiseanta chriostalan SiC, tha an dòigh seo a’ lughdachadh an iarrtas airson stuthan daor. Ged a tha dùbhlain theicnigeach ann fhathast, tha rannsachadh is leasachadh a’ dol air adhart gu gnìomhach gus leigeil le cinneasachadh wafer aig cosgais nas ìsle.

Leis cho cruaidh ’s a tha SiC agus cho seasmhach ’s a tha e bho cheimigean – a tha ga dhèanamh dìonach an aghaidh ath-bhualaidhean aig teòthachd an t-seòmair – feumar snasadh meacanaigeach gus slocan bleith mìn a thoirt air falbh, milleadh uachdar a lughdachadh, sgrìoban, slocan, agus uireasbhaidhean craiceann orainds a thoirt air falbh, garbh-chruth uachdar a lughdachadh, rèidhleanachd a leasachadh, agus càileachd uachdar a neartachadh.

Gus uachdar snasta àrd-inbhe fhaighinn, tha e riatanach:

Atharraich seòrsachan sgrìobach,

Lùghdaich meud nam mìrean,

Leasaich paramadairean a’ phròiseis,

Tagh stuthan snasail agus padaichean le cruas iomchaidh.

Tha Figear 7 a’ sealltainn gun urrainn do snasadh dà-thaobhach le stuthan sgrìobach 1 μm smachd a chumail air rèidhleanachd agus atharrachadh tighead taobh a-staigh 10 μm, agus garbhlachd uachdar a lùghdachadh gu timcheall air 0.25 nm.

3.2 Snasadh Ceimigeach Meacanaigeach (CMP)

Bidh Snasadh Ceimigeach Meacanaigeach (CMP) a’ cothlamadh sgrìobadh mìrean ultra-mhìn le gràbhaladh ceimigeach gus uachdar rèidh, rèidh a chruthachadh air an stuth a thathar a’ giullachd. Is e am prionnsapal bunaiteach:

Bidh ath-bhualadh ceimigeach a’ tachairt eadar an t-slaodadh snasta agus uachdar an uaifeir, a’ cruthachadh sreath bog.

Bidh frith-bhualadh eadar na mìrean sgrìobach agus an còmhdach bog a’ toirt air falbh an stuth.

Buannachdan CMP:

A’ faighinn thairis air eas-bhuannachdan snasadh meacanaigeach no ceimigeach a-mhàin,

A’ coileanadh planarachadh cruinneil agus ionadail,

A’ dèanamh uachdaran le rèidhleanachd àrd agus garbhlachd ìosal,

Cha bhith e a’ fàgail milleadh sam bith air an uachdar no fon uachdar.

Gu mionaideach:

Bidh an wafer a’ gluasad an coimeas ris a’ phloc snasaidh fo chuideam.

Bidh stuthan sgrìobach air sgèile nanometer (me, SiO₂) anns an t-slam a’ gabhail pàirt ann an rùsgadh, a’ lagachadh cheanglaichean covalent Si–C agus a’ neartachadh toirt air falbh stuthan.

Seòrsachan de dhòighean-obrach CMP:

Snasadh Sgrìobach Saor: Tha sgrìoban (me, SiO₂) crochte ann an slurry. Bidh toirt air falbh stuth a’ tachairt tro sgrìobadh trì-chorpach (wafer-pad-abrasive). Feumar meud an sgrìobach (mar as trice 60–200 nm), pH, agus teòthachd a smachdachadh gu mionaideach gus cunbhalachd a leasachadh.

Snasadh Sgrìobach Stèidhichte: Tha stuthan sgrìobach air an leabachadh a-steach don phloc snasaidh gus casg a chuir air cruinneachadh - air leth freagarrach airson giullachd àrd-chruinneas.

Glanadh às dèidh snasadh:

Bidh uaifearan snasta a’ dol tro:

Glanadh ceimigeach (a’ gabhail a-steach uisge DI agus toirt air falbh fuigheall sludaidh),

sruthladh uisge DI, agus

Tiormachadh naitridean teth

gus truailleadh uachdar a lughdachadh.

Càileachd is Coileanadh Uachdar

Faodar garbh-uachdar a lùghdachadh gu Ra < 0.3 nm, a’ coinneachadh ri riatanasan epitaxy leth-chonnsachaidh.

Planarachadh Cruinneil: Bidh an cothlamadh de bhogachadh ceimigeach agus toirt air falbh meacanaigeach a’ lughdachadh sgrìoban agus gràbhaladh neo-chothromach, a’ coileanadh nas fheàrr na dòighean meacanaigeach no ceimigeach fìor-ghlan.

Èifeachdas Àrd: Freagarrach airson stuthan cruaidh is brisg leithid SiC, le ìrean toirt air falbh stuthan os cionn 200 nm/h.

Dòighean-obrach snasaidh eile a tha a’ tighinn am bàrr

A bharrachd air CMP, chaidh dòighean eile a mholadh, nam measg:

Snasadh dealan-cheimigeach, snasadh no gràbhaladh le taic bho chatalaiche, agus

Snasadh tribochemical.

Ach, tha na modhan sin fhathast aig ìre rannsachaidh agus tha iad air an leasachadh gu slaodach air sgàth feartan stuthan dùbhlanach SiC.

Mu dheireadh, 's e pròiseas mean air mhean a th' ann am giullachd SiC a bhios a' lughdachadh lùbadh agus garbh-chruth gus càileachd an uachdair a leasachadh, far a bheil smachd air rèidhleanachd agus garbh-chruth deatamach aig gach ìre.

Teicneòlas Giullachd

Rè ìre bleith nan uaifearan, thathar a’ cleachdadh slurry daoimean le diofar mheudan gràin gus an uaifear a bhleith chun rèidhleanachd agus garbhlachd uachdar a tha a dhìth. Às dèidh seo, thèid a lìomhadh, a’ cleachdadh dhòighean lìomhaidh meacanaigeach agus ceimigeach meacanaigeach (CMP) gus uaifearan silicon carbide (SiC) lìomhte gun mhilleadh a thoirt gu buil.

Às dèidh an lìomhadh, bidh na wafers SiC a’ dol tro sgrùdadh càileachd teann le bhith a’ cleachdadh innealan leithid miocroscopan optaigeach agus diffractometers X-ghath gus dèanamh cinnteach gu bheil na paramadairean teicnigeach uile a’ coinneachadh ris na h-inbhean riatanach. Mu dheireadh, thèid na wafers lìomhadh a ghlanadh le bhith a’ cleachdadh riochdairean glanaidh sònraichte agus uisge fìor-ghlan gus truailleadh uachdar a thoirt air falbh. An uairsin thèid an tiormachadh le bhith a’ cleachdadh gas naitridean fìor-ghlan agus tiormairean snìomh, a’ crìochnachadh a’ phròiseis cinneasachaidh gu lèir.

Às dèidh bhliadhnaichean de dh’ oidhirp, chaidh adhartas mòr a dhèanamh ann am pròiseasadh criostal singilte SiC taobh a-staigh Sìona. Gu dachaigheil, chaidh criostalan singilte 4H-SiC leth-inslitheach le dopadh 100 mm a leasachadh gu soirbheachail, agus faodar criostalan singilte 4H-SiC seòrsa-n agus 6H-SiC a dhèanamh ann am baidsean a-nis. Tha companaidhean mar TankeBlue agus TYST air criostalan singilte SiC 150 mm a leasachadh mu thràth.

A thaobh teicneòlas giullachd uaifearan SiC, tha ionadan dachaigheil air sgrùdadh ro-làimh a dhèanamh air suidheachaidhean pròiseas agus slighean airson criostalan a ghearradh, a bhleith agus a lìomhadh. Tha iad comasach air sampallan a dhèanamh a choinnicheas gu bunaiteach ri riatanasan saothrachadh innealan. Ach, an taca ri inbhean eadar-nàiseanta, tha càileachd giullachd uachdar uaifearan dachaigheil fhathast gu math fada air dheireadh. Tha grunn chùisean ann:

Tha teòiridhean agus teicneòlasan giullachd SiC eadar-nàiseanta fo dhìon teann agus chan eil iad furasta an ruigsinn.

Tha dìth rannsachaidh teòiridheach ann agus taic airson leasachadh agus leasachadh phròiseasan.

Tha cosgais uidheamachd agus co-phàirtean cèin a thoirt a-steach àrd.

Tha beàrnan mòra fhathast ann an rannsachadh dachaigheil air dealbhadh uidheamachd, mionaideachd giollachd, agus stuthan an taca ri ìrean eadar-nàiseanta.

An-dràsta, tha a’ mhòr-chuid de na h-ionnstramaidean àrd-chruinneas a thathas a’ cleachdadh ann an Sìona air an toirt a-steach. Feumar tuilleadh leasachaidh a dhèanamh air uidheam agus modhan deuchainn cuideachd.

Le leasachadh leantainneach leth-sheoltairean an treas ginealach, tha trast-thomhas fo-stratan criostail singilte SiC a’ sìor fhàs, còmhla ri riatanasan nas àirde airson càileachd giollachd uachdar. Tha teicneòlas giollachd uaifearan air a thighinn gu bhith mar aon de na ceumannan as dùbhlanaiche gu teicnigeach às deidh fàs criostail singilte SiC.

Gus dèiligeadh ri dùbhlain a th’ ann an-dràsta ann an giullachd, tha e riatanach tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air na dòighean-obrach a tha an sàs ann an gearradh, bleith agus snasadh, agus sgrùdadh a dhèanamh air dòighean-obrach agus slighean freagarrach airson saothrachadh uaifearan SiC. Aig an aon àm, tha e riatanach ionnsachadh bho theicneòlasan giullachd eadar-nàiseanta adhartach agus dòighean agus uidheamachd innealachaidh fìor-mhionaideach a ghabhail os làimh gus bun-stuthan àrd-inbhe a thoirt gu buil.

Mar a bhios meud nan uaifearan ag àrdachadh, bidh an duilgheadas a thaobh fàs is giullachd chriostalan ag àrdachadh cuideachd. Ach, bidh èifeachdas saothrachaidh innealan às dèidh sin a’ leasachadh gu mòr, agus tha cosgais an aonaid air a lùghdachadh. An-dràsta, tha prìomh sholaraichean uaifearan SiC air feadh an t-saoghail a’ tabhann thoraidhean eadar 4 òirlich agus 6 òirlich ann an trast-thomhas. Tha prìomh chompanaidhean leithid Cree agus II-VI air tòiseachadh air planaichean a dhèanamh mu thràth airson loidhnichean cinneasachaidh uaifearan SiC 8-òirleach a leasachadh.