С: SiC пластиналарын кесу және өңдеуде қолданылатын негізгі технологиялар қандай?
A:Кремний карбиді (SiC) қаттылығы жағынан тек гауһардан кейінгі екінші орында және өте қатты және сынғыш материал болып саналады. Өскен кристалдарды жұқа пластиналарға кесуді қамтитын кесу процесі көп уақытты алады және сынуға бейім. Алғашқы қадам ретіндеSiCМонокристалды өңдеу кезінде кесу сапасы кейінгі тегістеуге, жылтыратуға және жұқартуға айтарлықтай әсер етеді. Кесу көбінесе беткі және астыңғы жарықшақтарды тудырады, бұл пластинаның сыну жылдамдығын және өндіріс шығындарын арттырады. Сондықтан, кесу кезінде беткі жарықшақтардың зақымдануын бақылау SiC құрылғыларын жасауды ілгерілету үшін өте маңызды.
Қазіргі уақытта хабарланған SiC кесу әдістеріне бекітілген абразивті, еркін абразивті кесу, лазерлік кесу, қабатты тасымалдау (суық бөлу) және электрлік разрядты кесу жатады. Олардың ішінде бекітілген алмас абразивтері бар поршеньді көп сымды кесу SiC монокристалдарын өңдеудің ең көп қолданылатын әдісі болып табылады. Дегенмен, құйма өлшемдері 8 дюймге және одан жоғарыға жеткенде, жабдыққа жоғары сұраныс, шығындар және төмен тиімділік салдарынан дәстүрлі сыммен кесу практикалық емес болып қалады. Арзан, аз шығынды, жоғары тиімді кесу технологияларына шұғыл қажеттілік бар.
С: Лазерлік кесудің дәстүрлі көп сымды кесумен салыстырғанда қандай артықшылықтары бар?
A: Дәстүрлі сым аралау кеседіSiC құймасыбелгілі бір бағыт бойынша бірнеше жүз микрон қалыңдықтағы кесектерге кесіледі. Содан кейін кесектер ара іздері мен жер асты зақымдарын кетіру үшін гауһар тастармен ұнтақталады, содан кейін жаһандық тегістеуге қол жеткізу үшін химиялық механикалық жылтырату (CMP) жүргізіледі және соңында SiC пластиналарын алу үшін тазартылады.
Дегенмен, SiC-тің жоғары қаттылығы мен сынғыштығына байланысты бұл қадамдар оңай майысуға, жарықшақтануға, сыну жылдамдығының артуына, өндіріс шығындарының жоғарылауына және бетінің кедір-бұдырлығы мен ластануына (шаң, ағынды сулар және т.б.) әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, сыммен аралау баяу жүреді және өнімділігі төмен. Бағалаулар дәстүрлі көп сыммен кесу материалды пайдаланудың шамамен 50%-ына ғана жететінін және жылтырату мен тегістеуден кейін материалдың 75%-ға дейін жоғалатынын көрсетеді. Шетелдік өндірістің алғашқы деректері 10 000 пластина өндіру үшін шамамен 273 күн үздіксіз 24 сағаттық өндіріс қажет болуы мүмкін екенін көрсетті - бұл өте көп уақытты қажет етеді.
Ішкі нарықта көптеген SiC кристалдарын өсіру компаниялары пештің қуатын арттыруға бағытталған. Дегенмен, тек өндірісті кеңейтудің орнына, әсіресе кристалдардың өсуі әлі оңтайлы болмаған кезде шығындарды қалай азайту керектігін қарастырған жөн.
Лазерлік кесу жабдығы материалдың жоғалуын айтарлықтай азайтып, өнімділікті жақсарта алады. Мысалы, бір 20 мм кескішті пайдалануSiC құймасыСыммен кесу қалыңдығы 350 мкм болатын шамамен 30 пластина бере алады. Лазерлік кесу 50-ден астам пластина бере алады. Егер пластина қалыңдығын 200 мкм-ге дейін азайтсаңыз, бір құймадан 80-нен астам пластина алуға болады. Сыммен кесу 6 дюйм және одан кіші пластиналар үшін кеңінен қолданылса, 8 дюймдік SiC құймасын кесу дәстүрлі әдістермен 10-15 күнді алуы мүмкін, бұл жоғары сапалы жабдықты қажет етеді және тиімділігі төмен жоғары шығындарды қажет етеді. Мұндай жағдайларда лазерлік кесудің артықшылықтары айқын болады, бұл оны 8 дюймдік пластиналар үшін болашақта негізгі технологияға айналдырады.
Лазерлік кесу кезінде 8 дюймдік пластинаны кесу уақыты 20 минуттан аз болуы мүмкін, ал пластинадағы материалдың жоғалуы 60 мкм-ден аз болуы мүмкін.
Қорытындылай келе, көп сымды кесумен салыстырғанда, лазерлік кесу жоғары жылдамдықты, жақсы өнімділікті, материалдың аз шығынын және таза өңдеуді ұсынады.
С: SiC лазерлік кесудегі негізгі техникалық қиындықтар қандай?
A: Лазерлік кесу процесі екі негізгі кезеңнен тұрады: лазерлік модификация және пластинаны бөлу.
Лазерлік модификацияның негізі сәулені пішіндеу және параметрлерді оңтайландыру болып табылады. Лазер қуаты, нүкте диаметрі және сканерлеу жылдамдығы сияқты параметрлер материалды абляциялау сапасына және кейінгі пластинаны бөлудің сәттілігіне әсер етеді. Модификацияланған аймақтың геометриясы беттің кедір-бұдырлығын және бөлудің қиындығын анықтайды. Беттің жоғары кедір-бұдырлығы кейінгі тегістеуді қиындатады және материалдың жоғалуын арттырады.
Модификациядан кейін пластиналарды бөлу әдетте суық сыну немесе механикалық кернеу сияқты ығысу күштері арқылы жүзеге асырылады. Кейбір тұрмыстық жүйелер бөлу үшін дірілді тудыру үшін ультрадыбыстық түрлендіргіштерді пайдаланады, бірақ бұл сынықтар мен жиек ақауларын тудыруы мүмкін, бұл соңғы өнімділікті төмендетеді.
Бұл екі қадам өзіндік қиындық тудырмаса да, кристалл сапасындағы сәйкессіздіктер - өсу процестерінің әртүрлілігіне, легирлеу деңгейлеріне және ішкі кернеудің таралуына байланысты - кесу қиындығына, өнімділігіне және материалдың жоғалуына айтарлықтай әсер етеді. Тек проблемалық аймақтарды анықтау және лазерлік сканерлеу аймақтарын реттеу нәтижелерді айтарлықтай жақсартпауы мүмкін.
Кеңінен енгізудің кілті әртүрлі өндірушілердің кристалдық қасиеттерінің кең ауқымына бейімделе алатын инновациялық әдістер мен жабдықтарды әзірлеуде, процесс параметрлерін оңтайландыруда және әмбебап қолданылатын лазерлік кесу жүйелерін құруда жатыр.
С: Лазерлік кесу технологиясын SiC-ден басқа жартылай өткізгіш материалдарға қолдануға бола ма?
A: Лазерлік кесу технологиясы тарихи тұрғыдан кең ауқымды материалдарға қолданылып келеді. Жартылай өткізгіштерде ол бастапқыда пластиналарды турау үшін қолданылған, содан бері ірі көлемді монокристалдарды кесуге дейін кеңейген.
SiC-тен басқа, лазерлік кесуді алмас, галлий нитриді (GaN) және галлий оксиді (Ga₂O₃) сияқты басқа қатты немесе сынғыш материалдар үшін де қолдануға болады. Бұл материалдар бойынша алдын ала зерттеулер жартылай өткізгіштерді қолдану үшін лазерлік кесудің орындылығы мен артықшылықтарын көрсетті.
С: Қазіргі уақытта отандық лазерлік кесу жабдықтарының өнімдері бар ма? Зерттеулеріңіз қай кезеңде?
A: Үлкен диаметрлі SiC лазерлік кесу жабдығы 8 дюймдік SiC пластина өндірісінің болашағы үшін негізгі жабдық болып саналады. Қазіргі уақытта мұндай жүйелерді тек Жапония ғана ұсына алады, және олар қымбат және экспорттық шектеулерге ұшырайды.
SiC өндіріс жоспарлары мен қолданыстағы сым ара қуаттылығына негізделген лазерлік кесу/жұқарту жүйелеріне деген ішкі сұраныс шамамен 1000 бірлікті құрайды деп есептеледі. Ірі отандық компаниялар әзірлеуге көп инвестиция салды, бірақ әлі күнге дейін жетілген, коммерциялық қолжетімді отандық жабдық өнеркәсіптік орналастыруға жеткен жоқ.
Зерттеу топтары 2001 жылдан бері меншікті лазерлік көтеру технологиясын жасап келеді және қазір оны үлкен диаметрлі SiC лазерлік кесу және жұқару технологиясына кеңейтті. Олар келесі әрекеттерді орындай алатын прототиптік жүйе мен кесу процестерін жасады: 4-6 дюймдік жартылай оқшаулағыш SiC пластиналарын кесу және жұқару 6-8 дюймдік өткізгіш SiC құймаларын кесу Өнімділік көрсеткіштері: 6-8 дюймдік жартылай оқшаулағыш SiC: кесу уақыты 10-15 минут/пластина; материалдың жоғалуы <30 мкм 6-8 дюймдік өткізгіш SiC: кесу уақыты 14-20 минут/пластина; материалдың жоғалуы <60 мкм
Вафли өнімділігінің болжамды көрсеткіші 50%-дан астамға артты
Кесуден кейін пластиналар тегістеу және жылтыратудан кейін геометрия бойынша ұлттық стандарттарға сәйкес келеді. Зерттеулер сонымен қатар лазерлік әсерлердің пластиналардағы кернеуге немесе геометрияға айтарлықтай әсер етпейтінін көрсетеді.
Дәл осы жабдық алмас, GaN және Ga₂O₃ монокристалдарын кесудің орындылығын тексеру үшін де пайдаланылды.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 23 мамыр