Puolijohdeteholaitteet ovat ydinelektroniikkajärjestelmissä, erityisesti kun teknologiat, kuten tekoäly, 5G-viestintä ja uudet energiaajoneuvot kehittyvät nopeasti, niiden suorituskykyvaatimuksia on parannettu.
Piikarbidi(4H-SiC) on tullut ihanteellinen materiaali korkean suorituskyvyn puolijohdeteholaitteiden valmistukseen sen etujen, kuten laajakaistavälin, korkean lämmönjohtavuuden, suuren läpilyöntikentän voimakkuuden, korkean kyllästymisryömintänopeuden, kemiallisen stabiilisuuden ja säteilynkestävyyden, ansiosta. 4H-SiC:llä on kuitenkin korkea kovuus, korkea hauraus, vahva kemiallinen inertisyys ja korkea käsittelyvaikeus. Sen substraattikiekon pinnan laatu on ratkaisevan tärkeä suurissa laitesovelluksissa.
Siksi 4H-SiC-substraattikiekkojen pinnanlaadun parantaminen, erityisesti vaurioituneen kerroksen poistaminen kiekkojen käsittelypinnalta, on avain tehokkaan, vähähäviöisen ja laadukkaan 4H-SiC-substraattikiekkojen käsittelyn saavuttamiseksi.
Kokeilu
Kokeessa käytetään fyysisellä höyrynsiirtomenetelmällä kasvatettua 4 tuuman N-tyypin 4H-SiC-harkkoa, joka käsitellään lankaleikkauksella, hiomalla, karkealla hiomalla, hienohionnalla ja kiillotuksella, ja tallentaa C-pinnan ja Si-pinnan poistopaksuuden. ja lopullinen kiekon paksuus kussakin prosessissa.
Kuva 1 Kaaviokaavio 4H-SiC-kiderakenteesta
Kuva 2 Paksuus poistettu 4H-:n C- ja Si-puoleltaSiC kiekkoeri käsittelyvaiheiden ja kiekon paksuuden jälkeen käsittelyn jälkeen
Kiekon paksuus, pinnan morfologia, karheus ja mekaaniset ominaisuudet karakterisoitiin täysin kiekon geometrian parametritesterillä, differentiaaliinterferenssimikroskoopilla, atomivoimamikroskoopilla, pinnan karheuden mittauslaitteella ja nanoindenterillä. Lisäksi kiekon kidelaadun arvioimiseen käytettiin korkearesoluutioista röntgendiffraktometriä.
Nämä kokeelliset vaiheet ja testimenetelmät tarjoavat yksityiskohtaista teknistä tukea materiaalinpoistonopeuden ja pinnan laadun tutkimiseen 4H-käsittelyn aikana.SiC kiekot.
Kokeiden avulla tutkijat analysoivat muutoksia materiaalinpoistonopeudessa (MRR), pinnan morfologiassa ja karheudessa sekä mekaanisissa ominaisuuksissa ja 4H-kiteiden laadussa.SiC kiekoteri käsittelyvaiheissa (langan leikkaus, hionta, karkea hionta, hienohionta, kiillotus).
Kuva 3 4H- C-pinnan ja Si-pinnan materiaalin poistonopeusSiC kiekkoeri käsittelyvaiheissa
Tutkimuksessa havaittiin, että 4H-SiC:n eri kidepintojen mekaanisten ominaisuuksien anisotropian vuoksi C-pinnan ja Si-pinnan MRR-arvossa on ero samassa prosessissa, ja C-pinnan MRR on merkittävästi suurempi kuin että Si-face. Prosessointivaiheiden edistyessä 4H-SiC-kiekkojen pinnan morfologia ja karheus optimoidaan vähitellen. Kiillotuksen jälkeen C-pinnan Ra on 0,24 nm ja Si-pinnan Ra saavuttaa 0,14 nm, mikä voi täyttää epitaksiaalisen kasvun tarpeet.
Kuva 4 Optiset mikroskooppikuvat 4H-SiC-kiekon C-pinnasta (a~e) ja Si-pinnasta (f~j) eri käsittelyvaiheiden jälkeen
Kuva 5 Atomivoimamikroskooppikuvat 4H-SiC-kiekon C-pinnasta (a~c) ja Si-pinnasta (d~f) CLP-, FLP- ja CMP-käsittelyvaiheiden jälkeen
Kuva 6 (a) 4H-SiC-kiekon C-pinnan ja Si-pinnan kimmokerroin ja (b) kovuus eri käsittelyvaiheiden jälkeen
Mekaaninen ominaisuustesti osoittaa, että kiekon C-pinnalla on heikompi sitkeys kuin Si-pintamateriaalilla, suurempi haurasmurtuminen käsittelyn aikana, nopeampi materiaalin poisto ja suhteellisen huono pinnan morfologia ja karheus. Vaurioituneen kerroksen poistaminen käsitellyltä pinnalta on avain vohvelin pinnan laadun parantamiseen. 4H-SiC (0004) keinukäyrän puolikorkeuden leveyden avulla voidaan intuitiivisesti ja tarkasti karakterisoida ja analysoida kiekon pintavauriokerros.
Kuva 7 (0004) keinukäyrä 4H-SiC-kiekon C-pinnan ja Si-pinnan puolileveys eri käsittelyvaiheiden jälkeen
Tutkimustulokset osoittavat, että kiekon pintavauriokerros voidaan poistaa asteittain 4H-SiC-kiekkojen käsittelyn jälkeen, mikä parantaa tehokkaasti kiekon pinnan laatua ja tarjoaa teknisen referenssin tehokkaalle, vähähäviöiselle ja laadukkaalle käsittelylle. 4H-SiC-substraattikiekkoja.
Tutkijat prosessoivat 4H-SiC-kiekkoja eri prosessointivaiheissa, kuten lankaleikkauksessa, hionnassa, karkeahiontamisessa, hienohionnassa ja kiillotuksessa, ja tutkivat näiden prosessien vaikutuksia kiekon pinnan laatuun.
Tulokset osoittavat, että käsittelyvaiheiden edistyessä kiekon pinnan morfologia ja karheus optimoidaan vähitellen. Kiillotuksen jälkeen C-pinnan ja Si-pinnan karheus saavuttaa 0,24 nm ja 0,14 nm, mikä täyttää epitaksiaalisen kasvun vaatimukset. Kiekon C-pinnalla on heikompi sitkeys kuin Si-pinnan materiaalilla, ja se on alttiimpi hauraalle murtumiselle käsittelyn aikana, mikä johtaa suhteellisen huonoon pinnan morfologiaan ja karheuteen. Käsitellyn pinnan pintavauriokerroksen poistaminen on avain vohvelin pinnan laadun parantamiseen. 4H-SiC (0004) keinukäyrän puolileveys voi intuitiivisesti ja tarkasti karakterisoida kiekon pintavauriokerroksen.
Tutkimukset osoittavat, että 4H-SiC-kiekkojen pinnalla oleva vaurioitunut kerros voidaan poistaa asteittain 4H-SiC-kiekkojen käsittelyllä, mikä parantaa tehokkaasti kiekon pinnan laatua ja tarjoaa teknisen referenssin korkean hyötysuhteen, vähähäviöisen ja korkean 4H-SiC-substraattikiekkojen laadukas käsittely.
Postitusaika: 08.07.2024