Polprevodniške napajalne naprave zavzemajo osrednji položaj v močnostnih elektronskih sistemih, zlasti v kontekstu hitrega razvoja tehnologij, kot so umetna inteligenca, komunikacije 5G in nova energetska vozila, so bile zahteve za njihovo zmogljivost izboljšane.
Silicijev karbid(4H-SiC) je postal idealen material za izdelavo visoko zmogljivih polprevodniških močnostnih naprav zaradi svojih prednosti, kot so širok pas, visoka toplotna prevodnost, visoka razgradna poljska jakost, visoka stopnja drifta nasičenosti, kemična stabilnost in odpornost na sevanje. Vendar pa ima 4H-SiC visoko trdoto, visoko krhkost, močno kemično inertnost in visoko težavnost obdelave. Kakovost površine njegove substratne rezine je ključnega pomena za aplikacije velikih naprav.
Zato je izboljšanje kakovosti površine substratnih rezin 4H-SiC, zlasti odstranjevanje poškodovane plasti na površini za obdelavo rezin, ključno za doseganje učinkovite obdelave substratnih rezin 4H-SiC z nizkimi izgubami in visoko kakovostjo.
Eksperimentirajte
Poskus uporablja 4-palčni ingot 4H-SiC tipa N, vzgojen z metodo fizičnega prenosa hlapov, ki je obdelan z rezanjem žice, brušenjem, grobim brušenjem, finim brušenjem in poliranjem ter beleži debelino odstranitve površine C in površine Si. in končna debelina rezin v vsakem procesu.
Slika 1 Shematski diagram kristalne strukture 4H-SiC
Slika 2 Debelina, odstranjena s C-strani in Si-strani 4H-SiC rezinapo različnih korakih obdelave in debelini rezine po obdelavi
Debelino, površinsko morfologijo, hrapavost in mehanske lastnosti rezin so v celoti opredelili s testerjem parametrov geometrije rezin, diferencialnim interferenčnim mikroskopom, mikroskopom na atomsko silo, merilnikom površinske hrapavosti in nanoindenterjem. Poleg tega je bil za oceno kristalne kakovosti rezin uporabljen rentgenski difraktometer z visoko ločljivostjo.
Ti eksperimentalni koraki in preskusne metode zagotavljajo podrobno tehnično podporo za preučevanje stopnje odstranjevanja materiala in kakovosti površine med obdelavo 4H-SiC rezine.
S poskusi so raziskovalci analizirali spremembe v hitrosti odstranjevanja materiala (MRR), površinski morfologiji in hrapavosti ter mehanske lastnosti in kakovost kristalov 4H-SiC rezinev različnih korakih obdelave (žično rezanje, brušenje, grobo brušenje, fino brušenje, poliranje).
Slika 3 Stopnja odstranitve materiala C-ploskve in Si-ploskve 4H-SiC rezinav različnih korakih obdelave
Študija je pokazala, da zaradi anizotropije mehanskih lastnosti različnih kristalnih ploskev 4H-SiC obstaja razlika v MRR med ploskvijo C in ploskvijo Si pri istem postopku, pri čemer je MRR ploskvi C bistveno višji kot da Si-face. Z napredovanjem korakov obdelave se morfologija površine in hrapavost rezin 4H-SiC postopoma optimizirata. Po poliranju je Ra obraza C 0,24 nm, Ra obraza Si pa doseže 0,14 nm, kar lahko zadosti potrebam epitaksialne rasti.
Slika 4 Optični mikroskopski posnetki površine C (a~e) in površine Si (f~j) rezine 4H-SiC po različnih korakih obdelave
Slika 5 Slike površine C (a~c) in površine Si (d~f) rezine 4H-SiC z mikroskopom na atomsko silo po korakih obdelave CLP, FLP in CMP
Slika 6 (a) modul elastičnosti in (b) trdota C površine in Si površine rezine 4H-SiC po različnih korakih obdelave
Preizkus mehanskih lastnosti kaže, da ima C površina rezine slabšo žilavost kot površinski material Si, večjo stopnjo krhkega loma med obdelavo, hitrejše odstranjevanje materiala ter relativno slabo površinsko morfologijo in hrapavost. Odstranitev poškodovane plasti na obdelani površini je ključ do izboljšanja kakovosti površine rezine. Širina polovice višine krivulje zibanja 4H-SiC (0004) se lahko uporabi za intuitivno in natančno karakterizacijo in analizo površinske poškodovane plasti rezine.
Slika 7 (0004) polovična širina krivulje zibanja C-ploskve in Si-ploskve rezine 4H-SiC po različnih korakih obdelave
Rezultati raziskave kažejo, da je površinsko poškodovano plast rezine mogoče postopoma odstraniti po obdelavi rezine 4H-SiC, kar učinkovito izboljša kakovost površine rezine in zagotavlja tehnično referenco za visoko učinkovito obdelavo z nizkimi izgubami in visoko kakovost. substratnih rezin 4H-SiC.
Raziskovalci so obdelali rezine 4H-SiC z različnimi koraki obdelave, kot so rezanje žice, brušenje, grobo brušenje, fino brušenje in poliranje, ter proučevali učinke teh postopkov na kakovost površine rezine.
Rezultati kažejo, da se z napredovanjem korakov obdelave površinska morfologija in hrapavost rezine postopoma optimizirata. Po poliranju doseže hrapavost C-ploskve in Si-ploskve 0,24 nm oziroma 0,14 nm, kar izpolnjuje zahteve epitaksialne rasti. C-ploskev rezine ima slabšo žilavost kot material Si-ploskov in je bolj nagnjena k krhkemu lomu med obdelavo, kar ima za posledico relativno slabo površinsko morfologijo in hrapavost. Odstranitev površinske poškodovane plasti obdelane površine je ključ do izboljšanja kakovosti površine rezine. Polovična širina 4H-SiC (0004) krivulje zibanja lahko intuitivno in natančno označi površinsko poškodovano plast rezine.
Raziskave kažejo, da je poškodovano plast na površini rezin 4H-SiC mogoče postopoma odstraniti z obdelavo rezin 4H-SiC, kar učinkovito izboljša kakovost površine rezin in zagotavlja tehnično referenco za visoko učinkovitost, majhne izgube in visoke kakovostna obdelava substratnih rezin 4H-SiC.
Čas objave: 8. julij 2024