Yarı iletken güç cihazları, güç elektroniği sistemlerinde temel bir konuma sahip olup, özellikle yapay zeka, 5G iletişim ve yeni enerji araçları gibi teknolojilerin hızla gelişmesi bağlamında, bunlara yönelik performans gereksinimleri iyileştirilmiştir.
Silisyum karbür(4H-SiC), geniş bant aralığı, yüksek ısı iletkenliği, yüksek arıza alanı kuvveti, yüksek doyma sürüklenme oranı, kimyasal stabilite ve radyasyon direnci gibi avantajlarından dolayı yüksek performanslı yarı iletken güç cihazlarının üretimi için ideal bir malzeme haline gelmiştir. Ancak 4H-SiC yüksek sertliğe, yüksek kırılganlığa, güçlü kimyasal inertliğe ve yüksek işleme zorluğuna sahiptir. Alt tabaka plakasının yüzey kalitesi, büyük ölçekli cihaz uygulamaları için çok önemlidir.
Bu nedenle, 4H-SiC substrat levhalarının yüzey kalitesinin iyileştirilmesi, özellikle levha işleme yüzeyindeki hasarlı katmanın kaldırılması, verimli, düşük kayıplı ve yüksek kaliteli 4H-SiC substrat levha işlemeye ulaşmanın anahtarıdır.
Deney
Deney, tel kesme, taşlama, kaba taşlama, ince taşlama ve cilalama yoluyla işlenen fiziksel buhar taşıma yöntemiyle büyütülen 4 inçlik N tipi 4H-SiC külçeyi kullanıyor ve C yüzeyi ile Si yüzeyinin çıkarma kalınlığını kaydediyor ve her işlemdeki son gofret kalınlığı.
Şekil 1 4H-SiC kristal yapısının şematik diyagramı
Şekil 2 4H-'nin C ve Si tarafından çıkarılan kalınlıkSiC gofretfarklı işlem adımlarından sonra ve işlemden sonra gofret kalınlığı
Levhanın kalınlığı, yüzey morfolojisi, pürüzlülüğü ve mekanik özellikleri, levha geometrisi parametre test cihazı, diferansiyel girişim mikroskobu, atomik kuvvet mikroskobu, yüzey pürüzlülüğü ölçüm cihazı ve nanoindenter ile tamamen karakterize edildi. Ek olarak, gofretin kristal kalitesini değerlendirmek için yüksek çözünürlüklü X-ışını difraktometresi kullanıldı.
Bu deneysel adımlar ve test yöntemleri, 4H- işlenmesi sırasında malzeme çıkarma oranının ve yüzey kalitesinin incelenmesi için ayrıntılı teknik destek sağlar.SiC gofretleri.
Deneyler aracılığıyla araştırmacılar, 4H-'nin mekanik özellikleri ve kristal kalitesinin yanı sıra malzeme kaldırma hızı (MRR), yüzey morfolojisi ve pürüzlülüğündeki değişiklikleri analiz etti.SiC gofretlerifarklı işlem adımlarında (tel kesme, taşlama, kaba taşlama, ince taşlama, parlatma).
Şekil 3 4H-'nin C-yüzü ve Si-yüzünün talaş kaldırma oranıSiC gofretfarklı işlem adımlarında
Çalışma, 4H-SiC'nin farklı kristal yüzlerinin mekanik özelliklerinin anizotropisinden dolayı, aynı işlem altında C-yüzü ve Si-yüzü arasında MRR'de bir fark olduğunu ve C-yüzünün MRR'sinin önemli ölçüde daha yüksek olduğunu buldu. Si-face'inki. İşleme adımlarının ilerlemesiyle birlikte 4H-SiC levhaların yüzey morfolojisi ve pürüzlülüğü kademeli olarak optimize edilir. Parlatmadan sonra, C-yüzünün Ra'sı 0,24 nm'dir ve Si-yüzünün Ra'sı 0,14 nm'ye ulaşır, bu da epitaksiyel büyümenin ihtiyaçlarını karşılayabilir.
Şekil 4 Farklı işlem adımlarından sonra 4H-SiC levhanın C yüzeyinin (a~e) ve Si yüzeyinin (f~j) optik mikroskop görüntüleri
Şekil 5 CLP, FLP ve CMP işleme adımlarından sonra 4H-SiC levhanın C yüzeyi (a~c) ve Si yüzeyinin (d~f) atomik kuvvet mikroskobu görüntüleri
Şekil 6 (a) farklı işlem adımlarından sonra 4H-SiC levhanın C yüzeyinin ve Si yüzeyinin elastik modülü ve (b) sertliği
Mekanik özellik testi, levhanın C yüzeyinin Si yüzey malzemesinden daha zayıf tokluğa, işleme sırasında daha yüksek derecede kırılgan kırılmaya, daha hızlı malzeme çıkarılmasına ve nispeten zayıf yüzey morfolojisine ve pürüzlülüğe sahip olduğunu göstermektedir. İşlenmiş yüzeydeki hasarlı tabakanın kaldırılması, gofretin yüzey kalitesinin iyileştirilmesinin anahtarıdır. 4H-SiC (0004) sallanma eğrisinin yarı yükseklikteki genişliği, levhanın yüzey hasar katmanını sezgisel ve doğru bir şekilde karakterize etmek ve analiz etmek için kullanılabilir.
Şekil 7 (0004) farklı işlem adımlarından sonra 4H-SiC levhanın C yüzü ve Si yüzünün yarı genişliğindeki sallanma eğrisi
Araştırma sonuçları, levhanın yüzey kalitesini etkili bir şekilde artıran ve yüksek verimlilik, düşük kayıp ve yüksek kaliteli işleme için teknik bir referans sağlayan 4H-SiC levha işleme sonrasında levhanın yüzey hasar tabakasının kademeli olarak kaldırılabileceğini göstermektedir. 4H-SiC substrat gofretlerinin.
Araştırmacılar, 4H-SiC levhaları tel kesme, taşlama, kaba taşlama, ince taşlama ve cilalama gibi farklı işlem adımlarından geçirerek işlediler ve bu süreçlerin levhanın yüzey kalitesi üzerindeki etkilerini incelediler.
Sonuçlar, işleme adımlarının ilerlemesi ile gofretin yüzey morfolojisinin ve pürüzlülüğünün kademeli olarak optimize edildiğini göstermektedir. Parlatmadan sonra, C-yüzünün ve Si-yüzünün pürüzlülüğü sırasıyla 0,24nm ve 0,14nm'ye ulaşır, bu da epitaksiyel büyümenin gereksinimlerini karşılar. Plakanın C-yüzü, Si-yüzü malzemesinden daha zayıf tokluğa sahiptir ve işleme sırasında kırılgan kırılmaya daha yatkındır, bu da nispeten zayıf yüzey morfolojisi ve pürüzlülüğüne neden olur. İşlenmiş yüzeyin yüzey hasar tabakasının kaldırılması, levhanın yüzey kalitesinin iyileştirilmesinin anahtarıdır. 4H-SiC (0004) sallanma eğrisinin yarı genişliği, levhanın yüzey hasar katmanını sezgisel ve doğru bir şekilde karakterize edebilir.
Araştırmalar, 4H-SiC levhaların yüzeyindeki hasarlı katmanın, 4H-SiC levha işleme yoluyla kademeli olarak giderilebileceğini, böylece levhanın yüzey kalitesinin etkili bir şekilde iyileştirilebileceğini, yüksek verimlilik, düşük kayıp ve yüksek verimlilik için teknik bir referans sağladığını gösteriyor. 4H-SiC substrat levhalarının kaliteli işlenmesi.
Gönderim zamanı: Temmuz-08-2024