Սիլիցիումի կարբիդի միաբյուրեղային մշակման ազդեցությունը վաֆլի մակերեսի որակի վրա

Կիսահաղորդչային էներգիայի սարքերը հիմնական դիրքն են զբաղեցնում ուժային էլեկտրոնային համակարգերում, հատկապես այնպիսի տեխնոլոգիաների արագ զարգացման համատեքստում, ինչպիսիք են արհեստական ​​ինտելեկտը, 5G կապը և նոր էներգիայի մեքենաները, դրանց կատարման պահանջները բարելավվել են:

Սիլիցիումի կարբիդ(4H-SiC)-ը դարձել է իդեալական նյութ բարձր արդյունավետությամբ կիսահաղորդչային էներգիայի սարքերի արտադրության համար՝ շնորհիվ իր առավելությունների, ինչպիսիք են լայն կապանքը, բարձր ջերմային հաղորդունակությունը, խզման դաշտի բարձր ուժը, հագեցվածության բարձր դրեյֆի արագությունը, քիմիական կայունությունը և ճառագայթման դիմադրությունը: Այնուամենայնիվ, 4H-SiC-ն ունի բարձր կարծրություն, բարձր փխրունություն, ուժեղ քիմիական իներտություն և մշակման բարձր դժվարություն: Իր ենթաշերտի վաֆլի մակերևույթի որակը կարևոր է սարքի լայնածավալ կիրառությունների համար:
Հետևաբար, 4H-SiC ենթաշերտի վաֆլիների մակերեսի որակի բարելավումը, հատկապես վաֆլի մշակման մակերևույթի վնասված շերտը հեռացնելը, արդյունավետ, ցածր կորուստներով և բարձրորակ 4H-SiC ենթաշերտի վաֆլի մշակման բանալին է:

Փորձարկում
Փորձը օգտագործում է 4 դյույմանոց N տիպի 4H-SiC ձուլակտոր, որն աճեցվում է ֆիզիկական գոլորշիների փոխադրման մեթոդով, որը մշակվում է մետաղալարերի կտրման, մանրացման, կոպիտ մանրացման, նուրբ հղկման և փայլեցման միջոցով և գրանցում է C մակերեսի և Si մակերեսի հեռացման հաստությունը: և յուրաքանչյուր գործընթացում վաֆլի վերջնական հաստությունը:

Նկար 1 4H-SiC բյուրեղային կառուցվածքի սխեմատիկ դիագրամ

Նկար 2 Հաստությունը հեռացվել է 4H-ի C-ից և Si-իցSiC վաֆլիմշակման տարբեր փուլերից հետո և մշակումից հետո վաֆլի հաստությունը

 

Վաֆլի հաստությունը, մակերևույթի մորֆոլոգիան, կոշտությունը և մեխանիկական հատկությունները լիովին բնութագրվել են վաֆլի երկրաչափության պարամետրի ստուգիչով, դիֆերենցիալ միջամտության մանրադիտակով, ատոմային ուժի մանրադիտակով, մակերեսի կոշտությունը չափող գործիքով և նանոինդենտերով: Բացի այդ, բարձր լուծաչափով ռենտգենյան դիֆրակտոմետր է օգտագործվել վաֆլի բյուրեղային որակը գնահատելու համար:
Այս փորձարարական քայլերը և փորձարկման մեթոդները մանրամասն տեխնիկական աջակցություն են տրամադրում 4H--ի մշակման ընթացքում նյութի հեռացման արագության և մակերեսի որակի ուսումնասիրության համար:SiC վաֆլիներ.
Փորձերի միջոցով հետազոտողները վերլուծել են նյութի հեռացման արագության (MRR), մակերեսի մորֆոլոգիայի և կոպտության փոփոխությունները, ինչպես նաև 4H-ի մեխանիկական հատկությունները և բյուրեղների որակը:SiC վաֆլիներմշակման տարբեր փուլերում (լարերի կտրում, հղկում, կոպիտ մանրացում, նուրբ մանրացում, փայլեցում):

Նկար 3 C-դեմքի և 4H-ի Si-դիմքի նյութի հեռացման արագությունըSiC վաֆլիմշակման տարբեր փուլերում

Հետազոտությունը ցույց է տվել, որ 4H-SiC-ի տարբեր բյուրեղային երեսների մեխանիկական հատկությունների անիզոտրոպիայի պատճառով C-դեմքի և Si-դեմքի միջև առկա է MRR-ի տարբերություն նույն պրոցեսի ներքո, և C-դեմքի MRR-ն զգալիորեն ավելի բարձր է, քան որ Si-face. Մշակման փուլերի առաջխաղացման հետ մեկտեղ աստիճանաբար օպտիմիզացվում են 4H-SiC վաֆլիների մակերեսի մորֆոլոգիան և կոշտությունը: Հղկումից հետո C-ի Ra-ն 0.24nm է, իսկ Si-ի Ra-ն հասնում է 0.14nm-ի, ինչը կարող է բավարարել էպիտաքսիալ աճի կարիքները։

Նկար 4 4H-SiC վաֆլի C մակերևույթի (a~e) և Si մակերեսի (f~j) օպտիկական մանրադիտակի պատկերներ մշակման տարբեր փուլերից հետո

Նկար 5 4H-SiC վաֆլի C մակերեսի (a~c) և Si մակերեսի (d~f) ատոմային ուժային մանրադիտակի պատկերներ CLP, FLP և CMP մշակման փուլերից հետո

Նկար 6 (ա) առաձգական մոդուլ և (բ) 4H-SiC վաֆլի C մակերեսի և Si մակերեսի կարծրություն՝ մշակման տարբեր փուլերից հետո

Մեխանիկական հատկությունների փորձարկումը ցույց է տալիս, որ վաֆլի C մակերեսն ունի ավելի վատ ամրություն, քան Si մակերեսի նյութը, մշակման ընթացքում փխրուն կոտրվածքի ավելի մեծ աստիճան, նյութի ավելի արագ հեռացում և մակերեսի համեմատաբար վատ մորֆոլոգիա և կոշտություն: Մշակված մակերեսի վրա վնասված շերտը հեռացնելը վաֆլի մակերեսի որակի բարելավման բանալին է: 4H-SiC (0004) ճոճվող կորի կես բարձրության լայնությունը կարող է օգտագործվել վաֆլի մակերեսային վնասված շերտը ինտուիտիվ և ճշգրիտ բնութագրելու և վերլուծելու համար:

Նկար 7 (0004) ճոճվող կորի կիսալայնությունը C-երեսի և 4H-SiC վաֆլի «Si-երեսի» տարբեր մշակման փուլերից հետո

Հետազոտության արդյունքները ցույց են տալիս, որ վաֆլի մակերեսային վնասված շերտը կարող է աստիճանաբար հեռացվել 4H-SiC վաֆլի մշակումից հետո, որն արդյունավետորեն բարելավում է վաֆլի մակերեսի որակը և ապահովում է տեխնիկական տեղեկանք բարձր արդյունավետության, ցածր կորստի և բարձրորակ մշակման համար: 4H-SiC ենթաշերտ վաֆլիներից:

Հետազոտողները մշակել են 4H-SiC վաֆլիները մշակման տարբեր փուլերի միջոցով, ինչպիսիք են մետաղալարերի կտրումը, մանրացումը, կոպիտ մանրացումը, նուրբ մանրացումը և փայլեցումը, և ուսումնասիրել են այս գործընթացների ազդեցությունը վաֆլի մակերեսի որակի վրա:
Արդյունքները ցույց են տալիս, որ մշակման փուլերի առաջխաղացման հետ մեկտեղ աստիճանաբար օպտիմիզացվում են վաֆլի մակերեսի մորֆոլոգիան և կոշտությունը: Հղկելուց հետո C-դեմքի և Si-դեմքի կոպտությունը հասնում է համապատասխանաբար 0,24նմ և 0,14նմ, ինչը համապատասխանում է էպիտաքսիալ աճի պահանջներին։ Վաֆլի C-երեսն ավելի վատ ամրություն ունի, քան Si-դեմքի նյութը, և մշակման ընթացքում ավելի հակված է փխրուն կոտրվածքների, ինչը հանգեցնում է մակերեսի համեմատաբար վատ մորֆոլոգիայի և կոպտության: Վերամշակված մակերեսի մակերեսային վնասված շերտը հեռացնելը վաֆլի մակերեսի որակի բարելավման բանալին է: 4H-SiC (0004) ճոճվող կորի կես լայնությունը կարող է ինտուիտիվ և ճշգրիտ բնութագրել վաֆլի մակերեսային վնասված շերտը:
Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ 4H-SiC վաֆլի մակերևույթի վնասված շերտը կարող է աստիճանաբար հեռացվել 4H-SiC վաֆլի մշակման միջոցով՝ արդյունավետորեն բարելավելով վաֆլի մակերեսի որակը՝ ապահովելով տեխնիկական տեղեկանք բարձր արդյունավետության, ցածր կորստի և բարձր արդյունավետության համար: 4H-SiC սուբստրատի վաֆլի որակյալ մշակում: