Poluvodički energetski uređaji zauzimaju ključnu poziciju u energetskim elektronskim sistemima, posebno u kontekstu brzog razvoja tehnologija kao što su umjetna inteligencija, 5G komunikacije i nova energetska vozila, zahtjevi za performanse za njih su poboljšani.
Silicijum karbid(4H-SiC) je postao idealan materijal za proizvodnju poluvodičkih energetskih uređaja visokih performansi zbog svojih prednosti kao što su široki pojas, visoka toplotna provodljivost, velika jačina polja proboja, visoka stopa drifta zasićenja, hemijska stabilnost i otpornost na zračenje. Međutim, 4H-SiC ima visoku tvrdoću, visoku lomljivost, jaku hemijsku inertnost i veliku poteškoću u procesu. Kvalitet površine njegove podloge je ključan za primjenu uređaja velikih razmjera.
Stoga je poboljšanje kvaliteta površine 4H-SiC podloge, posebno uklanjanje oštećenog sloja na površini za obradu vafla, ključ za postizanje efikasne obrade podloge 4H-SiC s malim gubicima i visokog kvaliteta.
Eksperimentiraj
Eksperiment koristi 4-inčni N-tip 4H-SiC ingota uzgojen metodom fizičkog transporta pare, koji se obrađuje rezanjem žice, brušenjem, grubim brušenjem, finim brušenjem i poliranjem, te bilježi debljinu uklanjanja C površine i površine Si. i konačnu debljinu vafla u svakom procesu.
Slika 1 Šematski dijagram kristalne strukture 4H-SiC
Slika 2. Debljina uklonjena sa C-strane i Si-strane 4H-SiC wafernakon različitih koraka obrade i debljine vafla nakon obrade
Debljina, morfologija površine, hrapavost i mehanička svojstva pločice u potpunosti su okarakterizirani testerom parametara geometrije pločice, diferencijalnim interferentnim mikroskopom, mikroskopom atomske sile, instrumentom za mjerenje hrapavosti površine i nanoindentorom. Osim toga, rendgenski difraktometar visoke rezolucije korišten je za procjenu kvaliteta kristala pločice.
Ovi eksperimentalni koraci i metode ispitivanja pružaju detaljnu tehničku podršku za proučavanje brzine uklanjanja materijala i kvaliteta površine tokom obrade 4H-SiC wafers.
Kroz eksperimente, istraživači su analizirali promjene u brzini uklanjanja materijala (MRR), morfologiji površine i hrapavosti, kao i mehaničkim svojstvima i kvaliteti kristala 4H-SiC wafersu različitim fazama obrade (rezanje žice, brušenje, grubo brušenje, fino brušenje, poliranje).
Slika 3 Brzina uklanjanja materijala sa C-face i Si-face 4H-SiC waferu različitim koracima obrade
Studija je pokazala da zbog anizotropije mehaničkih svojstava različitih kristalnih površina 4H-SiC, postoji razlika u MRR između C-face i Si-face pod istim procesom, a MRR C-face je značajno veći od da Si-face. Sa napredovanjem koraka obrade, površinska morfologija i hrapavost 4H-SiC pločica se postepeno optimizuju. Nakon poliranja, Ra C-facea je 0,24 nm, a Ra Si-facea dostiže 0,14 nm, što može zadovoljiti potrebe epitaksijalnog rasta.
Slika 4. Slike optičkog mikroskopa C površine (a~e) i Si površine (f~j) 4H-SiC pločice nakon različitih koraka obrade
Slika 5 Mikroskop atomske sile slike C površine (a~c) i Si površine (d~f) 4H-SiC pločice nakon koraka obrade CLP, FLP i CMP
Slika 6 (a) modul elastičnosti i (b) tvrdoća C površine i Si površine 4H-SiC pločice nakon različitih koraka obrade
Ispitivanje mehaničkih svojstava pokazuje da C površina pločice ima lošiju žilavost od materijala površine Si, veći stepen krtog loma tokom obrade, brže uklanjanje materijala i relativno lošu površinsku morfologiju i hrapavost. Uklanjanje oštećenog sloja na obrađenoj površini je ključ za poboljšanje kvaliteta površine vafla. Polovična širina krivulje ljuljanja 4H-SiC (0004) može se koristiti za intuitivno i precizno karakterizaciju i analizu površinskog oštećenog sloja pločice.
Slika 7 (0004) poluširina krivulje ljuljanja C-face i Si-face 4H-SiC pločice nakon različitih koraka obrade
Rezultati istraživanja pokazuju da se površinski oštećeni sloj vafla može postupno ukloniti nakon obrade 4H-SiC vafla, što efektivno poboljšava kvalitet površine vafla i pruža tehničku referencu za visoku efikasnost, niske gubitke i visokokvalitetnu obradu. 4H-SiC pločica supstrata.
Istraživači su obrađivali 4H-SiC pločice kroz različite korake obrade, kao što su rezanje žice, brušenje, grubo brušenje, fino brušenje i poliranje, i proučavali efekte ovih procesa na kvalitet površine pločice.
Rezultati pokazuju da se napredovanjem koraka obrade morfologija površine i hrapavost pločice postupno optimiziraju. Nakon poliranja, hrapavost C-face i Si-face-a dostiže 0,24nm odnosno 0,14nm, što zadovoljava zahtjeve epitaksijalnog rasta. C-površina pločice ima lošiju žilavost od Si-face materijala i sklonija je krtom lomu tokom obrade, što rezultira relativno lošom morfologijom površine i hrapavosti. Uklanjanje površinskog oštećenog sloja obrađene površine je ključ za poboljšanje kvaliteta površine vafla. Polovina širine 4H-SiC (0004) krivulje ljuljanja može intuitivno i precizno okarakterizirati površinski oštećeni sloj pločice.
Istraživanja pokazuju da se oštećeni sloj na površini 4H-SiC vafla može postepeno ukloniti obradom 4H-SiC vafla, efektivno poboljšavajući kvalitet površine pločice, pružajući tehničku referencu za visoku efikasnost, niske gubitke i visoke kvalitetna obrada 4H-SiC pločica supstrata.
Vrijeme objave: Jul-08-2024