Polovodičové napájacie zariadenia zaujímajú kľúčovú pozíciu vo výkonových elektronických systémoch, najmä v kontexte rýchleho rozvoja technológií, ako je umelá inteligencia, 5G komunikácia a nové energetické vozidlá, požiadavky na ich výkon sa zlepšili.
Karbid kremíka(4H-SiC) sa stal ideálnym materiálom na výrobu vysokovýkonných polovodičových napájacích zariadení vďaka svojim výhodám, ako je široký bandgap, vysoká tepelná vodivosť, vysoká intenzita prierazného poľa, vysoká rýchlosť driftu saturácie, chemická stabilita a odolnosť voči žiareniu. Avšak 4H-SiC má vysokú tvrdosť, vysokú krehkosť, silnú chemickú inertnosť a vysokú náročnosť spracovania. Kvalita povrchu substrátového plátku je rozhodujúca pre aplikácie vo veľkom meradle.
Preto je zlepšenie kvality povrchu plátkov substrátu 4H-SiC, najmä odstránenie poškodenej vrstvy na povrchu spracovania plátku, kľúčom k dosiahnutiu efektívneho, nízkostratového a vysokokvalitného spracovania plátku substrátu 4H-SiC.
Experimentujte
Experiment využíva 4-palcový ingot 4H-SiC typu N pestovaný metódou fyzického transportu pár, ktorý sa spracováva rezaním drôtom, brúsením, hrubým brúsením, jemným brúsením a leštením a zaznamenáva hrúbku úberu povrchu C a povrchu Si. a konečná hrúbka plátku v každom procese.
Obrázok 1 Schematický diagram kryštálovej štruktúry 4H-SiC
Obrázok 2 Hrúbka odstránená zo strany C a strany Si z 4H-SiC oblátkapo rôznych krokoch spracovania a hrúbke oblátky po spracovaní
Hrúbka, morfológia povrchu, drsnosť a mechanické vlastnosti plátku boli plne charakterizované testerom parametrov geometrie plátku, diferenciálnym interferenčným mikroskopom, mikroskopom atómovej sily, prístrojom na meranie drsnosti povrchu a nanoindentorom. Okrem toho sa na vyhodnotenie kvality kryštálov plátku použil röntgenový difraktometer s vysokým rozlíšením.
Tieto experimentálne kroky a testovacie metódy poskytujú podrobnú technickú podporu pre štúdium rýchlosti úberu materiálu a kvality povrchu počas spracovania 4H-SiC doštičky.
Prostredníctvom experimentov výskumníci analyzovali zmeny v rýchlosti úberu materiálu (MRR), morfológiu a drsnosť povrchu, ako aj mechanické vlastnosti a kvalitu kryštálov 4H-SiC doštičkyv rôznych krokoch spracovania (rezanie drôtom, brúsenie, hrubé brúsenie, jemné brúsenie, leštenie).
Obrázok 3 Rýchlosť úberu materiálu C-plochy a Si-plochy 4H-SiC oblátkav rôznych krokoch spracovania
Štúdia zistila, že v dôsledku anizotropie mechanických vlastností rôznych kryštálových plôch 4H-SiC existuje rozdiel v MRR medzi C-tvárou a Si-tvárou pri rovnakom procese a MRR C-tváre je výrazne vyššia ako to Si-face. S pokrokom v krokoch spracovania sa povrchová morfológia a drsnosť 4H-SiC doštičiek postupne optimalizuje. Po vyleštení je Ra of C-face 0,24 nm a Ra of Si-face dosahuje 0,14 nm, čo môže spĺňať potreby epitaxného rastu.
Obrázok 4 Obrázky z optického mikroskopu povrchu C (a~e) a povrchu Si (f~j) 4H-SiC plátku po rôznych krokoch spracovania
Obrázok 5 Mikroskopické snímky atómovej sily povrchu C (a~c) a povrchu Si (d~f) 4H-SiC plátku po krokoch spracovania CLP, FLP a CMP
Obrázok 6 (a) modul pružnosti a (b) tvrdosť povrchu C a povrchu Si 4H-SiC plátku po rôznych krokoch spracovania
Test mechanických vlastností ukazuje, že povrch C doštičky má horšiu húževnatosť ako povrchový materiál Si, väčší stupeň krehkého lomu počas spracovania, rýchlejší úber materiálu a relatívne zlú morfológiu a drsnosť povrchu. Odstránenie poškodenej vrstvy na spracovanom povrchu je kľúčom k zlepšeniu kvality povrchu oblátky. Šírka polovičnej výšky kývavej krivky 4H-SiC (0004) sa dá použiť na intuitívnu a presnú charakterizáciu a analýzu vrstvy poškodenia povrchu plátku.
Obrázok 7 (0004) kývavá krivka s polovičnou šírkou C-plochy a Si-plochy 4H-SiC doštičky po rôznych krokoch spracovania
Výsledky výskumu ukazujú, že po spracovaní 4H-SiC plátku je možné vrstvu povrchového poškodenia postupne odstraňovať, čo efektívne zlepšuje kvalitu povrchu plátku a poskytuje technickú referenciu pre vysokoúčinné, nízkostratové a vysokokvalitné spracovanie. 4H-SiC substrátových plátkov.
Výskumníci spracovali doštičky 4H-SiC rôznymi krokmi spracovania, ako je rezanie drôtom, brúsenie, hrubé brúsenie, jemné brúsenie a leštenie, a študovali účinky týchto procesov na kvalitu povrchu doštičky.
Výsledky ukazujú, že s napredovaním krokov spracovania sa postupne optimalizuje povrchová morfológia a drsnosť plátku. Po vyleštení dosahuje drsnosť C-face a Si-face 0,24 nm a 0,14 nm, čo spĺňa požiadavky epitaxného rastu. C-tvár plátku má horšiu húževnatosť ako Si-face materiál a je náchylnejší na krehké lomy počas spracovania, čo má za následok relatívne zlú morfológiu a drsnosť povrchu. Odstránenie vrstvy poškodenia povrchu opracovaného povrchu je kľúčom k zlepšeniu kvality povrchu oblátky. Polovičná šírka kývavej krivky 4H-SiC (0004) môže intuitívne a presne charakterizovať vrstvu poškodenia povrchu plátku.
Výskum ukazuje, že poškodenú vrstvu na povrchu doštičiek 4H-SiC možno postupne odstraňovať spracovaním doštičiek 4H-SiC, čím sa účinne zlepšuje kvalita povrchu plátku, čo poskytuje technickú referenciu pre vysokú účinnosť, nízku stratu a vysokú kvalitné spracovanie 4H-SiC substrátových doštičiek.
Čas odoslania: júl-08-2024