С: SiC пластинасын кесу және өңдеуде қолданылатын негізгі технологиялар қандай?
A:Кремний карбиді (SiC) қаттылығы гауһардан кейін екінші болып табылады және өте қатты және сынғыш материал болып саналады. Өскен кристалдарды жұқа пластинкаларға кесуді қамтитын кесу процесі көп уақытты қажет етеді және қиыршықтауға бейім. Алғашқы қадам ретіндеSiCмонокристалды өңдеу, кесу сапасы кейінгі ұнтақтау, жылтырату және жұқартуға айтарлықтай әсер етеді. Кесу көбінесе беткі және жер асты жарықтарын тудырады, пластинаның сыну жылдамдығын және өндіріс шығындарын арттырады. Сондықтан кесу кезінде бетінің жарықшақтарының зақымдануын бақылау SiC құрылғысын жасауды ілгерілету үшін өте маңызды.
Қазіргі уақытта хабарланған SiC кесу әдістеріне бекітілген абразивті, еркін абразивті кесу, лазерлік кесу, қабат тасымалдау (суық бөлу) және электрлік разрядты кесу кіреді. Олардың ішінде бекітілген алмас абразивтері бар поршеньді көп сымды кесу SiC монокристалдарын өңдеудің ең жиі қолданылатын әдісі болып табылады. Дегенмен, құйма өлшемдері 8 дюйм және одан жоғарыға жететіндіктен, жабдықтың жоғары сұранысына, шығындарға және төмен тиімділікке байланысты дәстүрлі сымды аралау практикалық емес болады. Шұғыл түрде аз шығынды, аз шығынды, жоғары тиімділікті кесу технологиясын қажет етеді.
С: Лазерлік кесудің дәстүрлі көп сымды кесуден қандай артықшылығы бар?
A: Дәстүрлі сым аралау кеседіSiC құймасыбелгілі бір бағыт бойынша қалыңдығы бірнеше жүз микрон тілімдерге бөлінеді. Содан кейін кесінділер ара таңбалары мен жер асты зақымдануын жою үшін алмаз шламдарын пайдаланып ұнтақтайды, содан кейін жаһандық планаризацияға қол жеткізу үшін химиялық механикалық жылтырату (CMP) және SiC пластинкаларын алу үшін тазартылады.
Дегенмен, SiC жоғары қаттылығы мен сынғыштығына байланысты бұл қадамдар оңай деформацияны, жарықшақтылықты, сыну жылдамдығын арттыруды, өндіріс шығындарын жоғарылатады және беттің жоғары кедір-бұдырлығына және ластануына (шаң, ағынды сулар және т.б.) әкеледі. Сонымен қатар, сымды аралау баяу және өнімділігі төмен. Есептер көрсеткендей, дәстүрлі көп сымды кесу материалды шамамен 50% пайдалануды қамтамасыз етеді және жылтыратудан және тегістеуден кейін материалдың 75% дейін жоғалады. Шетелдік өндірістің алғашқы деректері 10 000 пластинаны шығару үшін 24 сағаттық үздіксіз өндіруге шамамен 273 күн қажет болатынын көрсетті, бұл өте көп уақытты қажет етеді.
Отандық көптеген SiC кристалдарын өсіретін компаниялар пештің қуатын арттыруға бағытталған. Дегенмен, өндірісті жай ғана кеңейтудің орнына, ысыраптарды қалай азайтуға болатынын қарастыру маңыздырақ, әсіресе кристалдық өсу өнімділігі әлі оңтайлы болмаған кезде.
Лазерлік кесу жабдығы материалды жоғалтуды айтарлықтай азайтады және кірісті жақсартады. Мысалы, жалғыз 20 мм пайдалануSiC құймасы:Сымды аралау қалыңдығы 350 мкм болатын 30-ға жуық пластинаны алуға болады. Лазерлік кесу 50-ден астам пластинаны алуға болады. Егер пластинаның қалыңдығы 200 мкм-ге дейін төмендетілсе, сол құймадан 80-ден астам пластинаны алуға болады. Сымды кесу кішігірім пластиналар мен 8 дюймдік кескіштерде кеңінен қолданылады. SiC құймасы жоғары сапалы жабдықты қажет ететін және тиімділігі төмен жоғары шығындарды талап ететін дәстүрлі әдістермен 10-15 күн қажет болуы мүмкін. Осы жағдайларда лазерлік кесудің артықшылықтары айқын болады, бұл оны 8 дюймдік пластиналар үшін негізгі болашақ технологияға айналдырады.
Лазерлік кесу кезінде 8 дюймдік пластинаны кесу уақыты 20 минуттан аз болуы мүмкін, бір вафли үшін материал шығыны 60 мкм-ден аз.
Қорытындылай келе, көп сымды кесумен салыстырғанда, лазерлік кесу жоғары жылдамдықты, жақсы өнімділікті, аз материалды жоғалтуды және таза өңдеуді ұсынады.
С: SiC лазерлік кесудегі негізгі техникалық қиындықтар қандай?
A: Лазерлік кесу процесі екі негізгі қадамды қамтиды: лазерлік модификация және пластинаны бөлу.
Лазерлік модификацияның өзегі - сәулені кескіндеу және параметрлерді оңтайландыру. Лазер қуаты, нүктенің диаметрі және сканерлеу жылдамдығы сияқты параметрлердің барлығы материалды абляция сапасына және пластинаны кейінгі бөлудің сәттілігіне әсер етеді. Модификацияланған аймақтың геометриясы бетінің кедір-бұдырлығын және бөлу қиындығын анықтайды. Бетінің жоғары кедір-бұдырлығы кейінірек тегістеуді қиындатады және материалдың жоғалуын арттырады.
Модификациядан кейін пластинаның бөлінуіне әдетте суық сыну немесе механикалық кернеу сияқты ығысу күштері арқылы қол жеткізіледі. Кейбір отандық жүйелер бөлу үшін тербелістерді тудыру үшін ультрадыбыстық түрлендіргіштерді пайдаланады, бірақ бұл соңғы кірісті төмендететін қиыршық пен шеткі ақауларды тудыруы мүмкін.
Бұл екі қадам табиғи түрде қиын болмаса да, әртүрлі өсу процестеріне, допинг деңгейлеріне және ішкі кернеулердің таралуына байланысты кристалл сапасының сәйкессіздігі кесу қиындықтарына, кірістілікке және материалды жоғалтуға айтарлықтай әсер етеді. Тек проблемалық аймақтарды анықтау және лазерлік сканерлеу аймақтарын реттеу нәтижелерді айтарлықтай жақсартпауы мүмкін.
Кең таралған қолданудың кілті әртүрлі өндірушілердің кристалдық сапасының кең ауқымына бейімделе алатын инновациялық әдістер мен жабдықты әзірлеуде, процесс параметрлерін оңтайландыруда және әмбебап қолдану мүмкіндігі бар лазерлік кесу жүйелерін құруда жатыр.
С: Лазерлік кесу технологиясын SiC-тен басқа жартылай өткізгіш материалдарға қолдануға бола ма?
A: Лазерлік кесу технологиясы тарихи түрде материалдардың кең ауқымына қолданылған. Жартылай өткізгіштерде ол бастапқыда вафельді текшелерді кесу үшін пайдаланылды және содан кейін үлкен көлемді монокристалдарды кесуге дейін кеңейді.
SiC-тен басқа, лазерлік кесуді алмаз, галлий нитриді (GaN) және галий оксиді (Ga₂O₃) сияқты басқа қатты немесе сынғыш материалдар үшін де қолдануға болады. Осы материалдар бойынша жүргізілген алдын ала зерттеулер жартылай өткізгіштерді қолдану үшін лазерлік кесудің орындылығы мен артықшылықтарын көрсетті.
С: Қазіргі уақытта жетілген отандық лазерлік кесу жабдықтары бар ма? Сіздің зерттеуіңіз қай кезеңде?
A: Үлкен диаметрлі SiC лазерлік кесу жабдығы 8 дюймдік SiC вафли өндірісінің болашағы үшін негізгі жабдық болып саналады. Қазіргі уақытта мұндай жүйелерді тек Жапония ұсына алады және олар қымбат және экспорттық шектеулерге ұшырайды.
Лазерлік кесу/жіңішкеру жүйелеріне ішкі сұраныс SiC өндіру жоспарлары мен сым аралаудың қолданыстағы қуаты негізінде шамамен 1000 бірлікке бағаланады. Ірі отандық компаниялар дамуға қомақты қаржы жұмсады, бірақ жетілген, коммерциялық қолжетімді отандық құрал-жабдықтар өнеркәсіптік қолданысқа әлі жеткен жоқ.
Зерттеу топтары 2001 жылдан бері меншікті лазерді көтеру технологиясын әзірлеуде және қазір оны үлкен диаметрлі SiC лазерлік кесу мен жұқартуға дейін кеңейтті. Олар мыналарға қабілетті прототиптік жүйе мен кесу процестерін әзірледі: 4–6 дюймдік жартылай оқшаулағыш SiC пластинкаларын кесу және жұқарту 6–8 дюймдік өткізгіш SiC құймаларын кесу Өнімділік көрсеткіштері: 6–8 дюймдік жартылай оқшаулағыш SiC: кесу уақыты 10–15 минут/вафли; материал шығыны <30 мкм6–8 дюймдік өткізгіш SiC: кесу уақыты 14–20 минут/вафель; материалдың жоғалуы <60 мкм
Вафельдің болжамды шығымы 50%-дан астам өсті
Кесілгеннен кейін пластиналар тегістеу және жылтыратудан кейін геометрияның ұлттық стандарттарына сәйкес келеді. Зерттеулер сонымен қатар лазерден туындаған жылу әсерлері пластиналардағы кернеуге немесе геометрияға айтарлықтай әсер етпейтінін көрсетеді.
Дәл осындай жабдық алмаз, GaN және Ga₂O₃ монокристалдарын кесу мүмкіндігін тексеру үшін де қолданылған.
Хабарлама уақыты: 23 мамыр 2025 ж