J: Kādas ir galvenās tehnoloģijas, ko izmanto SiC vafeļu griešanā un apstrādē?
A:Silīcija karbīds (SiC) cietība ir otrajā vietā aiz dimanta, un to uzskata par ļoti cietu un trauslu materiālu. Griešanas process, kurā audzētus kristālus sagriež plānās plāksnēs, ir laikietilpīgs un pakļauts šķembām. Kā pirmais solisSiCMonokristāla apstrādē griešanas kvalitāte būtiski ietekmē sekojošo slīpēšanu, pulēšanu un retināšanu. Griešana bieži rada virsmas un zemvirsmas plaisas, palielinot plākšņu lūzuma biežumu un ražošanas izmaksas. Tāpēc virsmas plaisu bojājumu kontrole griešanas laikā ir ļoti svarīga, lai uzlabotu SiC ierīču ražošanu.
Pašlaik ziņotās SiC griešanas metodes ietver fiksēto abrazīvo griešanu, brīvo abrazīvo griešanu, lāzergriešanu, slāņu pārnesi (auksto atdalīšanu) un elektriskās izlādes griešanu. Starp tām SiC monokristālu apstrādei visbiežāk izmantotā metode ir virzuļveida daudzvadu griešana ar fiksētiem dimanta abrazīviem. Tomēr, stieņu izmēriem sasniedzot 8 collas un vairāk, tradicionālā stiepļu zāģēšana kļūst mazāk praktiska augsto iekārtu prasību, izmaksu un zemās efektivitātes dēļ. Ir steidzami nepieciešamas lētas, mazzudumu un augstas efektivitātes griešanas tehnoloģijas.
J: Kādas ir lāzergriešanas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālo daudzvadu griešanu?
A: Tradicionālā stiepļu zāģēšana sagriežSiC lietnisnoteiktā virzienā vairākus simtus mikronu biezās šķēlēs. Pēc tam šķēles tiek slīpētas, izmantojot dimanta pulverus, lai noņemtu zāģa pēdas un pamatnes bojājumus, kam seko ķīmiski mehāniskā pulēšana (ĶMP), lai panāktu globālu planarizāciju, un visbeidzot notīrītas, lai iegūtu SiC plāksnes.
Tomēr, pateicoties SiC augstajai cietībai un trauslumam, šīs darbības var viegli izraisīt deformāciju, plaisāšanu, palielinātu lūzuma līmeni, augstākas ražošanas izmaksas un radīt augstu virsmas raupjumu un piesārņojumu (putekļus, notekūdeņus utt.). Turklāt stiepļu zāģēšana ir lēna un tai ir zema raža. Aprēķini liecina, ka tradicionālā daudzvadu griešana sasniedz tikai aptuveni 50% materiāla izmantošanas līmeni, un pēc pulēšanas un slīpēšanas tiek zaudēti līdz pat 75% materiāla. Agrīnie ārvalstu ražošanas dati liecināja, ka 10 000 vafeļu izgatavošana varētu ilgt aptuveni 273 dienas nepārtrauktas 24 stundu ražošanas, kas ir ļoti laikietilpīgs process.
Vietējā tirgū daudzi SiC kristālu audzēšanas uzņēmumi koncentrējas uz krāšņu jaudas palielināšanu. Tomēr, tā vietā, lai tikai palielinātu ražošanu, ir svarīgāk apsvērt, kā samazināt zaudējumus, īpaši, ja kristālu audzēšanas raža vēl nav optimāla.
Lāzera griešanas iekārtas var ievērojami samazināt materiāla zudumus un uzlabot ražu. Piemēram, izmantojot vienu 20 mmSiC lietnisAr stiepļu zāģēšanu var iegūt aptuveni 30 plāksnes ar 350 μm biezumu. Lāzera griešana var iegūt vairāk nekā 50 plāksnes. Ja plāksnes biezums tiek samazināts līdz 200 μm, no viena stieņa var izgatavot vairāk nekā 80 plāksnes. Lai gan stiepļu zāģēšana tiek plaši izmantota 6 collu un mazāku plākšņu izgatavošanai, 8 collu SiC stieņa griešana ar tradicionālajām metodēm var aizņemt 10–15 dienas, un tam nepieciešams augstas klases aprīkojums, augstas izmaksas un zema efektivitāte. Šādos apstākļos lāzergriešanas priekšrocības kļūst skaidras, padarot to par galveno nākotnes tehnoloģiju 8 collu plāksnēm.
Izmantojot lāzergriešanu, 8 collu vafeļu griešanas laiks var būt mazāks par 20 minūtēm, un materiāla zudumi uz vienu vafeļu var būt mazāki par 60 μm.
Rezumējot, salīdzinot ar daudzvadu griešanu, lāzergriešana piedāvā lielāku ātrumu, labāku ražu, mazākus materiāla zudumus un tīrāku apstrādi.
J: Kādas ir galvenās tehniskās problēmas SiC lāzera griešanā?
A: Lāzera griešanas process ietver divus galvenos soļus: lāzera modifikāciju un vafeļu atdalīšanu.
Lāzera modifikācijas pamatā ir stara veidošana un parametru optimizācija. Tādi parametri kā lāzera jauda, punktveida diametrs un skenēšanas ātrums ietekmē materiāla ablācijas kvalitāti un sekojošās vafeļu atdalīšanas panākumus. Modificētās zonas ģeometrija nosaka virsmas raupjumu un atdalīšanas grūtības pakāpi. Augsts virsmas raupjums sarežģī vēlāku slīpēšanu un palielina materiāla zudumus.
Pēc modifikācijas vafeļu atdalīšana parasti tiek panākta, izmantojot bīdes spēkus, piemēram, aukstuma plaisu vai mehānisku spriegumu. Dažās sadzīves sistēmās tiek izmantoti ultraskaņas devēji, lai izraisītu vibrācijas atdalīšanai, taču tas var izraisīt šķembas un malu defektus, samazinot galīgo ražu.
Lai gan šie divi soļi pēc būtības nav sarežģīti, kristālu kvalitātes neatbilstības — dažādu augšanas procesu, dopinga līmeņu un iekšējā sprieguma sadalījuma dēļ — būtiski ietekmē griešanas grūtības, ražu un materiāla zudumus. Vienkārši problēmu zonu identificēšana un lāzera skenēšanas zonu pielāgošana var būtiski neuzlabot rezultātus.
Plašas ieviešanas atslēga ir inovatīvu metožu un iekārtu izstrāde, kas var pielāgoties plašam kristālu īpašību klāstam no dažādiem ražotājiem, procesa parametru optimizēšana un lāzergriešanas sistēmu izveide ar universālu piemērojamību.
J: Vai lāzergriešanas tehnoloģiju var pielietot arī citiem pusvadītāju materiāliem, ne tikai SiC?
A: Lāzergriešanas tehnoloģija vēsturiski ir tikusi pielietota plašam materiālu klāstam. Pusvadītāju ražošanā tā sākotnēji tika izmantota vafeļu sadalīšanai kubiņos, un kopš tā laika tā ir paplašinājusies līdz lielu monokristālu sadalīšanai.
Papildus SiC, lāzergriešanu var izmantot arī citiem cietiem vai trausliem materiāliem, piemēram, dimantam, gallija nitrīdam (GaN) un gallija oksīdam (Ga₂O₃). Sākotnējie pētījumi par šiem materiāliem ir parādījuši lāzergriešanas iespējamību un priekšrocības pusvadītāju lietojumos.
J: Vai pašlaik ir pieejami nobrieduši vietējie lāzergriešanas iekārtu produkti? Kādā stadijā atrodas jūsu pētījums?
A: Liela diametra SiC lāzergriešanas iekārtas tiek plaši uzskatītas par galveno aprīkojumu 8 collu SiC vafeļu ražošanas nākotnē. Pašlaik tikai Japāna var nodrošināt šādas sistēmas, un tās ir dārgas un tām ir noteikti eksporta ierobežojumi.
Pamatojoties uz SiC ražošanas plāniem un esošo stiepļu zāģu jaudu, lāzergriešanas/retināšanas sistēmu iekšzemes pieprasījums tiek lēsts aptuveni 1000 vienību apmērā. Lielākie vietējie uzņēmumi ir ieguldījuši ievērojamus līdzekļus attīstībā, taču neviena nobriedusi, komerciāli pieejama vietējā iekārta vēl nav sasniegusi rūpniecisku ieviešanu.
Kopš 2001. gada pētniecības grupas izstrādā patentētu lāzera pacelšanas tehnoloģiju un tagad ir paplašinājušas to līdz liela diametra SiC lāzera griešanai un retināšanai. Tās ir izstrādājušas prototipa sistēmu un griešanas procesus, kas spēj: Griezt un retināt 4–6 collu daļēji izolējošas SiC plāksnes; Griezt 6–8 collu vadošus SiC lietņus. Veiktspējas kritēriji: 6–8 collu daļēji izolējošs SiC: griešanas laiks 10–15 minūtes/plāksne; materiāla zudumi <30 μm; 6–8 collu vadošs SiC: griešanas laiks 14–20 minūtes/plāksne; materiāla zudumi <60 μm.
Paredzamā vafeļu raža palielinājās par vairāk nekā 50 %
Pēc griešanas plāksnītes pēc slīpēšanas un pulēšanas atbilst valsts ģeometrijas standartiem. Pētījumi arī liecina, ka lāzera izraisītie termiskie efekti būtiski neietekmē plāksnīšu spriegumu vai ģeometriju.
Tā pati iekārta ir izmantota arī, lai pārbaudītu dimanta, GaN un Ga₂O₃ monokristālu griešanas iespējamību.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 23. maijs