სილიციუმის კარბიდის ერთკრისტალური დამუშავების ეფექტი ვაფლის ზედაპირის ხარისხზე

ნახევარგამტარული ენერგეტიკული მოწყობილობები იკავებს ძირითად ადგილს ენერგეტიკულ ელექტრონულ სისტემებში, განსაკუთრებით ისეთი ტექნოლოგიების სწრაფი განვითარების კონტექსტში, როგორიცაა ხელოვნური ინტელექტი, 5G კომუნიკაციები და ახალი ენერგეტიკული მანქანები, მათი შესრულების მოთხოვნები გაუმჯობესებულია.

სილიციუმის კარბიდი(4H-SiC) გახდა იდეალური მასალა მაღალი ხარისხის ნახევარგამტარული ელექტრო მოწყობილობების წარმოებისთვის მისი უპირატესობების გამო, როგორიცაა ფართო გამტარობა, მაღალი თერმული კონდუქტომეტრული, მაღალი ავარიის ველის სიძლიერე, მაღალი გაჯერების დრიფტის სიჩქარე, ქიმიური სტაბილურობა და გამოსხივების წინააღმდეგობა. თუმცა, 4H-SiC-ს აქვს მაღალი სიმტკიცე, მაღალი მტვრევადობა, ძლიერი ქიმიური ინერტულობა და დამუშავების მაღალი სირთულე. მისი სუბსტრატის ვაფლის ზედაპირის ხარისხი გადამწყვეტია მოწყობილობის ფართომასშტაბიანი გამოყენებისთვის.
ამრიგად, 4H-SiC სუბსტრატის ვაფლის ზედაპირის ხარისხის გაუმჯობესება, განსაკუთრებით ვაფლის დამუშავების ზედაპირზე დაზიანებული ფენის მოცილება, არის გასაღები ეფექტური, დაბალი დანაკარგების და მაღალი ხარისხის 4H-SiC სუბსტრატის ვაფლის დამუშავების მისაღწევად.

ექსპერიმენტი
ექსპერიმენტში გამოყენებულია 4 დიუმიანი N- ტიპის 4H-SiC ინგოტი, რომელიც გაიზარდა ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირების მეთოდით, რომელიც მუშავდება მავთულის ჭრის, დაფქვის, უხეში დაფქვის, წვრილად დაფქვისა და გაპრიალების გზით და აღრიცხავს C ზედაპირისა და Si ზედაპირის მოცილების სისქეს. და ვაფლის საბოლოო სისქე თითოეულ პროცესში.

სურათი 1 4H-SiC კრისტალური სტრუქტურის სქემატური დიაგრამა

სურათი 2 სისქე ამოღებულია C-დან და Si-დან 4H--დანSiC ვაფლიდამუშავების სხვადასხვა ეტაპის შემდეგ და ვაფლის სისქე დამუშავების შემდეგ

 

ვაფლის სისქე, ზედაპირის მორფოლოგია, უხეშობა და მექანიკური თვისებები სრულად ხასიათდებოდა ვაფლის გეომეტრიის პარამეტრის ტესტერით, დიფერენციალური ჩარევის მიკროსკოპით, ატომური ძალის მიკროსკოპით, ზედაპირის უხეშობის საზომი ხელსაწყოებით და ნანოინდენტერით. გარდა ამისა, მაღალი გარჩევადობის რენტგენის დიფრაქტომეტრი იქნა გამოყენებული ვაფლის კრისტალური ხარისხის შესაფასებლად.
ეს ექსპერიმენტული ნაბიჯები და ტესტის მეთოდები უზრუნველყოფს დეტალურ ტექნიკურ მხარდაჭერას მასალის მოცილების სიჩქარისა და ზედაპირის ხარისხის შესასწავლად 4H- დამუშავების დროს.SiC ვაფლები.
ექსპერიმენტების საშუალებით მკვლევარებმა გაანალიზეს ცვლილებები მასალის მოცილების სიჩქარეში (MRR), ზედაპირის მორფოლოგიასა და უხეშობაში, ასევე 4H--ის მექანიკური თვისებები და კრისტალების ხარისხი.SiC ვაფლებიდამუშავების სხვადასხვა საფეხურზე (მავთულის მოჭრა, დაფქვა, უხეში დაფქვა, წვრილად დაფქვა, გაპრიალება).

სურათი 3 C-სახისა და 4H--ის Si-სახის მასალის მოცილების სიჩქარეSiC ვაფლიდამუშავების სხვადასხვა ეტაპზე

კვლევამ აჩვენა, რომ 4H-SiC-ის სხვადასხვა კრისტალური ზედაპირის მექანიკური თვისებების ანიზოტროპიის გამო, არსებობს განსხვავება MRR-ში C-სახესა და Si-სახეს შორის ერთი და იმავე პროცესის დროს, და C-სახის MRR მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე რომ სი-სახე. დამუშავების საფეხურების წინსვლასთან ერთად, 4H-SiC ვაფლის ზედაპირის მორფოლოგია და უხეშობა თანდათან ოპტიმიზირებულია. გაპრიალების შემდეგ, C-სახის Ra ​​არის 0,24 ნმ, ხოლო Si-სახის Ra ​​აღწევს 0,14 ნმ, რაც შეიძლება დააკმაყოფილოს ეპიტაქსიური ზრდის საჭიროებები.

სურათი 4 4H-SiC ვაფლის C ზედაპირის (a~e) და Si ზედაპირის (f~j) ოპტიკური მიკროსკოპის გამოსახულებები დამუშავების სხვადასხვა ეტაპის შემდეგ

სურათი 5 4H-SiC ვაფლის C ზედაპირის (a~c) და Si ზედაპირის (d~f) ატომური ძალის მიკროსკოპის სურათები CLP, FLP და CMP დამუშავების საფეხურების შემდეგ

სურათი 6 (ა) დრეკადობის მოდული და (ბ) 4H-SiC ვაფლის C ზედაპირის და Si ზედაპირის სიმტკიცე დამუშავების სხვადასხვა ეტაპების შემდეგ

მექანიკური თვისებების ტესტი აჩვენებს, რომ ვაფლის C ზედაპირს აქვს უფრო ცუდი სიმტკიცე, ვიდრე Si ზედაპირის მასალას, დამუშავების დროს მყიფე მოტეხილობის უფრო მაღალი ხარისხი, მასალის უფრო სწრაფი მოცილება და ზედაპირის შედარებით ცუდი მორფოლოგია და უხეშობა. დამუშავებულ ზედაპირზე დაზიანებული ფენის მოცილება ვაფლის ზედაპირის ხარისხის გაუმჯობესების გასაღებია. 4H-SiC (0004) ქანების მრუდის ნახევრად სიმაღლის სიგანე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ვაფლის ზედაპირის დაზიანების ფენის ინტუიციურად და ზუსტად დასახასიათებლად და ანალიზისთვის.

სურათი 7 (0004) საქანელა მრუდი ნახევრად სიგანის C-სახისა და 4H-SiC ვაფლის Si-პირის დამუშავების სხვადასხვა ეტაპების შემდეგ

კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ ვაფლის ზედაპირის დაზიანების ფენა თანდათან შეიძლება მოიხსნას 4H-SiC ვაფლის დამუშავების შემდეგ, რაც ეფექტურად აუმჯობესებს ვაფლის ზედაპირის ხარისხს და უზრუნველყოფს ტექნიკურ მითითებას მაღალი ეფექტურობის, დაბალი დანაკარგის და მაღალი ხარისხის დამუშავებისთვის. 4H-SiC სუბსტრატის ვაფლისგან.

მკვლევარებმა დაამუშავეს 4H-SiC ვაფლები დამუშავების სხვადასხვა საფეხურებით, როგორიცაა მავთულის მოჭრა, დაფქვა, უხეში დაფქვა, წვრილად დაფქვა და გაპრიალება და შეისწავლეს ამ პროცესების გავლენა ვაფლის ზედაპირის ხარისხზე.
შედეგები აჩვენებს, რომ დამუშავების საფეხურების წინსვლასთან ერთად ვაფლის ზედაპირის მორფოლოგია და უხეშობა თანდათან ოპტიმიზირებულია. გაპრიალების შემდეგ, C-სახის და Si-სახის უხეშობა აღწევს შესაბამისად 0,24 ნმ და 0,14 ნმ, რაც აკმაყოფილებს ეპიტაქსიური ზრდის მოთხოვნებს. ვაფლის C-პირს აქვს უფრო ცუდი გამძლეობა, ვიდრე Si-სახის მასალას და უფრო მიდრეკილია დამუშავების დროს მყიფე მოტეხილობისკენ, რაც იწვევს ზედაპირის შედარებით ცუდ მორფოლოგიას და უხეშობას. დამუშავებული ზედაპირის ზედაპირის დაზიანების ფენის მოცილება ვაფლის ზედაპირის ხარისხის გაუმჯობესების გასაღებია. 4H-SiC (0004) ქანქარის მრუდის ნახევრად სიგანე შეიძლება ინტუიციურად და ზუსტად ახასიათებდეს ვაფლის ზედაპირის დაზიანების ფენას.
კვლევამ აჩვენა, რომ დაზიანებული ფენა 4H-SiC ვაფლის ზედაპირზე შეიძლება თანდათან მოიხსნას 4H-SiC ვაფლის დამუშავების გზით, რაც ეფექტურად აუმჯობესებს ვაფლის ზედაპირის ხარისხს, უზრუნველყოფს ტექნიკურ მითითებას მაღალი ეფექტურობის, დაბალი დანაკარგის და მაღალი ეფექტურობისთვის. 4H-SiC სუბსტრატის ვაფლის ხარისხის დამუშავება.