Паўправадніковыя сілавыя прылады займаюць асноўнае месца ў сілавых электронных сістэмах, асабліва ў кантэксце хуткага развіцця такіх тэхналогій, як штучны інтэлект, сувязь 5G і новыя энергетычныя транспартныя сродкі, патрабаванні да іх прадукцыйнасці былі палепшаны.
Карбід крэмнію(4H-SiC) стаў ідэальным матэрыялам для вытворчасці высокаэфектыўных паўправадніковых сілавых прыбораў дзякуючы сваім перавагам, такім як шырокая забароненая зона, высокая цеплаправоднасць, высокая напружанасць поля прабоя, высокая хуткасць дрэйфу насычэння, хімічная стабільнасць і радыяцыйная ўстойлівасць. Тым не менш, 4H-SiC мае высокую цвёрдасць, высокую далікатнасць, моцную хімічную інертнасць і вялікую складанасць апрацоўкі. Якасць паверхні пласціны падкладкі мае вырашальнае значэнне для прымянення буйнамаштабных прылад.
Такім чынам, паляпшэнне якасці паверхні пласцін з падкладкай 4H-SiC, асабліва выдаленне пашкоджанага пласта на паверхні апрацоўкі пласцін, з'яўляецца ключом да дасягнення эфектыўнай апрацоўкі пласцін з падкладкай 4H-SiC з нізкімі стратамі і высокай якасці.
Эксперыментуйце
У эксперыменце выкарыстоўваецца 4-цалевы злітак 4H-SiC тыпу N, вырашчаны метадам фізічнага транспарту пароў, які апрацоўваецца шляхам рэзкі дроту, шліфоўкі, грубай шліфоўкі, тонкай шліфоўкі і паліроўкі, і рэгіструецца выдаленая таўшчыня паверхні C і Si. і канчатковая таўшчыня пласціны ў кожным працэсе.
Малюнак 1. Схема крышталічнай структуры 4H-SiC
Малюнак 2 Таўшчыня, выдаленая з бакоў C і Si 4H-SiC пласцінапасля розных этапаў апрацоўкі і таўшчыні пласціны пасля апрацоўкі
Таўшчыня, марфалогія паверхні, шурпатасць і механічныя ўласцівасці пласціны былі цалкам ахарактарызаваны з дапамогай тэстара параметраў геаметрыі пласціны, дыферэнцыяльнага інтэрферэнцыйнага мікраскопа, атамна-сілавога мікраскопа, прыбора для вымярэння шурпатасці паверхні і нанаіндэнтара. Акрамя таго, рэнтгенаўскі дыфрактометр з высокім дазволам выкарыстоўваўся для ацэнкі якасці крышталя пласціны.
Гэтыя эксперыментальныя этапы і метады выпрабаванняў забяспечваюць падрабязную тэхнічную падтрымку для вывучэння хуткасці выдалення матэрыялу і якасці паверхні падчас апрацоўкі 4H-SiC пласціны.
З дапамогай эксперыментаў даследчыкі прааналізавалі змены хуткасці выдалення матэрыялу (MRR), марфалогіі паверхні і шурпатасці, а таксама механічных уласцівасцей і якасці крышталя 4H-SiC пласцінына розных этапах апрацоўкі (рэзка дроту, шліфоўка, грубая шліфоўка, тонкая шліфоўка, паліроўка).
Малюнак 3 Хуткасць выдалення матэрыялу C-паверхні і Si-паверхні 4H-SiC пласцінана розных этапах апрацоўкі
Даследаванне паказала, што з-за анізатрапіі механічных уласцівасцей розных крышталічных граняў 4H-SiC існуе розніца ў MRR паміж C-гранямі і Si-гранямі пры адным і тым жа працэсе, і MRR C-граняў значна вышэй, чым што з Сі-асобы. З развіццём этапаў апрацоўкі марфалогія паверхні і шурпатасць пласцін 4H-SiC паступова аптымізуюцца. Пасля паліроўкі Ra грані C складае 0,24 нм, а Ra грані Si дасягае 0,14 нм, што можа задаволіць патрэбы эпітаксіяльнага росту.
Малюнак 4 Выявы паверхні C (a~e) і Si (f~j) пад аптычным мікраскопам пласціны 4H-SiC пасля розных этапаў апрацоўкі
Малюнак 5 Выявы паверхні C (a~c) і Si (d~f) пласціны 4H-SiC пасля этапаў апрацоўкі CLP, FLP і CMP з дапамогай атамна-сілавога мікраскопа
Малюнак 6 (а) модуль пругкасці і (б) цвёрдасць паверхні C і паверхні Si пласціны 4H-SiC пасля розных этапаў апрацоўкі
Выпрабаванне механічных уласцівасцей паказвае, што паверхня C пласціны мае меншую трываласць, чым матэрыял паверхні Si, большую ступень далікатнасці падчас апрацоўкі, больш хуткае выдаленне матэрыялу і адносна дрэнную марфалогію і шурпатасць паверхні. Выдаленне пашкоджанага пласта на апрацоўванай паверхні з'яўляецца ключом да паляпшэння якасці паверхні пласціны. Шырыня напалову вышыні крывой качання 4H-SiC (0004) можа выкарыстоўвацца для інтуітыўнай і дакладнай характарыстыкі і аналізу пласта пашкоджання паверхні пласціны.
Малюнак 7 (0004) паўшырыня крывой качання С-грані і Si-грані пласціны 4H-SiC пасля розных этапаў апрацоўкі
Вынікі даследаванняў паказваюць, што пласт пашкоджанняў паверхні пласціны можа быць паступова выдалены пасля апрацоўкі пласціны 4H-SiC, што эфектыўна паляпшае якасць паверхні пласціны і забяспечвае тэхнічны арыенцір для высокаэфектыўнай, нізкай страты і высокай якасці апрацоўкі з пласцін падкладкі 4H-SiC.
Даследчыкі апрацоўвалі пласціны 4H-SiC з дапамогай розных этапаў апрацоўкі, такіх як рэзка дроту, шліфоўка, грубае шліфаванне, тонкае шліфаванне і паліроўка, і вывучалі ўплыў гэтых працэсаў на якасць паверхні пласцін.
Вынікі паказваюць, што з прасоўваннем этапаў апрацоўкі марфалогія паверхні і шурпатасць пласціны паступова аптымізуюцца. Пасля паліроўкі шурпатасць C-грані і Si-грані дасягае 0,24 нм і 0,14 нм адпаведна, што адпавядае патрабаванням эпітаксійнага росту. C-паверхня пласціны мае меншую трываласць, чым Si-паверхня, і больш схільная да далікатнага разбурэння падчас апрацоўкі, што прыводзіць да адносна дрэннай марфалогіі паверхні і шурпатасці. Выдаленне пласта пашкоджанняў паверхні апрацаванай паверхні з'яўляецца ключом да паляпшэння якасці паверхні пласціны. Паўшырыня крывой качання 4H-SiC (0004) можа інтуітыўна і дакладна ахарактарызаваць пласт пашкоджання паверхні пласціны.
Даследаванні паказваюць, што пашкоджаны пласт на паверхні пласцін 4H-SiC можа быць паступова выдалены шляхам апрацоўкі пласцін 4H-SiC, што эфектыўна паляпшае якасць паверхні пласціны, забяспечваючы тэхнічны эталон для высокай эфектыўнасці, нізкіх страт і высокай якасная апрацоўка пласцін падкладкі 4H-SiC.
Час публікацыі: 8 ліпеня 2024 г