Poluvodički uređaji za napajanje zauzimaju ključnu poziciju u energetskim elektroničkim sustavima, posebno u kontekstu brzog razvoja tehnologija kao što su umjetna inteligencija, 5G komunikacije i nova energetska vozila, zahtjevi za performanse za njih su poboljšani.
Silicij karbid(4H-SiC) je postao idealan materijal za proizvodnju visokoučinkovitih poluvodičkih energetskih uređaja zbog svojih prednosti kao što su širok pojasni razmak, visoka toplinska vodljivost, visoka jakost probojnog polja, visoka stopa zasićenja, kemijska stabilnost i otpornost na zračenje. Međutim, 4H-SiC ima visoku tvrdoću, visoku krtost, jaku kemijsku inertnost i velike poteškoće u obradi. Kvaliteta površine supstratne pločice ključna je za velike primjene uređaja.
Stoga je poboljšanje kvalitete površine pločica 4H-SiC supstrata, posebno uklanjanje oštećenog sloja na površini za obradu pločica, ključ za postizanje učinkovite obrade pločica 4H-SiC supstrata visoke kvalitete s malim gubicima.
Eksperiment
U eksperimentu se koristi 4H-SiC ingot N-tipa od 4 inča uzgojen metodom fizičkog prijenosa pare, koji se obrađuje žičnim rezanjem, brušenjem, grubim brušenjem, finim brušenjem i poliranjem, i bilježi debljinu uklanjanja C površine i Si površine. i konačnu debljinu pločice u svakom procesu.
Slika 1. Shematski dijagram kristalne strukture 4H-SiC
Slika 2 Debljina uklonjena sa C-strane i Si-strane 4H-SiC pločicanakon različitih koraka obrade i debljine pločice nakon obrade
Debljina, površinska morfologija, hrapavost i mehanička svojstva pločice u potpunosti su karakterizirani pomoću uređaja za ispitivanje parametara geometrije pločice, mikroskopa diferencijalne interferencije, mikroskopa atomske sile, instrumenta za mjerenje hrapavosti površine i nanoindentera. Uz to, rendgenski difraktometar visoke rezolucije korišten je za procjenu kvalitete kristala pločice.
Ovi eksperimentalni koraci i metode ispitivanja pružaju detaljnu tehničku podršku za proučavanje brzine uklanjanja materijala i kvalitete površine tijekom obrade 4H-SiC pločice.
Kroz pokuse, istraživači su analizirali promjene u brzini uklanjanja materijala (MRR), morfologiji površine i hrapavosti, kao i mehanička svojstva i kvalitetu kristala 4H-SiC pločiceu različitim koracima obrade (rezanje žice, brušenje, grubo brušenje, fino brušenje, poliranje).
Slika 3 Brzina uklanjanja materijala C-površine i Si-površine 4H-SiC pločicau različitim koracima obrade
Studija je otkrila da zbog anizotropije mehaničkih svojstava različitih kristalnih površina 4H-SiC, postoji razlika u MRR-u između C-lice i Si-lice pod istim postupkom, a MRR C-lice je znatno viši od onaj Si-lice. S napredovanjem koraka obrade, morfologija površine i hrapavost pločica 4H-SiC postupno se optimiziraju. Nakon poliranja, Ra C-lice je 0,24 nm, a Ra Si-lice doseže 0,14 nm, što može zadovoljiti potrebe epitaksijalnog rasta.
Slika 4 Optičke mikroskopske slike C površine (a~e) i Si površine (f~j) pločice 4H-SiC nakon različitih koraka obrade
Slika 5 Mikroskopske slike atomske sile C površine (a~c) i Si površine (d~f) pločice 4H-SiC nakon CLP, FLP i CMP koraka obrade
Slika 6 (a) modul elastičnosti i (b) tvrdoća C površine i Si površine pločice 4H-SiC nakon različitih koraka obrade
Ispitivanje mehaničkih svojstava pokazuje da C površina pločice ima lošiju žilavost od Si površinskog materijala, veći stupanj krhkog loma tijekom obrade, brže uklanjanje materijala i relativno lošu površinsku morfologiju i hrapavost. Uklanjanje oštećenog sloja na obrađenoj površini ključno je za poboljšanje kvalitete površine pločice. Širina poluvisine 4H-SiC (0004) krivulje ljuljanja može se koristiti za intuitivno i točno karakteriziranje i analizu površinskog oštećenog sloja pločice.
Slika 7 (0004) poluširina krivulje ljuljanja C-lice i Si-lice 4H-SiC ploče nakon različitih koraka obrade
Rezultati istraživanja pokazuju da se površinski oštećeni sloj pločice može postupno ukloniti nakon obrade 4H-SiC pločice, što učinkovito poboljšava kvalitetu površine pločice i pruža tehničku referencu za visokoučinkovitu obradu, niske gubitke i visoku kvalitetu. od 4H-SiC podložnih pločica.
Istraživači su obradili 4H-SiC pločice kroz različite korake obrade kao što su rezanje žicom, brušenje, grubo brušenje, fino brušenje i poliranje, te su proučavali učinke tih procesa na kvalitetu površine pločice.
Rezultati pokazuju da se s napredovanjem koraka obrade morfologija površine i hrapavost pločice postupno optimiziraju. Nakon poliranja, hrapavost C-lice i Si-lice doseže 0,24 nm odnosno 0,14 nm, što zadovoljava zahtjeve epitaksijalnog rasta. C-lice pločice ima lošiju žilavost od Si-face materijala i sklonije je krhkom lomu tijekom obrade, što rezultira relativno lošom površinskom morfologijom i hrapavošću. Uklanjanje površinskog oštećenog sloja obrađene površine je ključ za poboljšanje kvalitete površine pločice. Poluširina krivulje ljuljanja 4H-SiC (0004) može intuitivno i točno karakterizirati površinski oštećeni sloj ploče.
Istraživanja pokazuju da se oštećeni sloj na površini 4H-SiC pločice može postupno ukloniti obradom 4H-SiC pločice, učinkovito poboljšavajući kvalitetu površine pločice, pružajući tehničku referencu za visoku učinkovitost, male gubitke i visoke kvalitetna obrada pločica 4H-SiC supstrata.
Vrijeme objave: 8. srpnja 2024