Kiselkarbid (SiC) kristallmaterial är en representativ tredjegenerations-halvledare. Jämfört med första-generationens elementära halvledare och andra-generationens sammansatta halvledare, har SiC utmärkta fysikaliska egenskaper inklusive ett brett bandgap, hög elektrondrifthastighet, hög elektrisk genombrottsstyrka, låg dielektricitetskonstant, hög värmeledningsförmåga och låg värmeutvidgningskoefficient, tillsammans med överlägsen kemisk inerthet. Dessa fördelar gör att halvledarmaterial med breda-bandgap, såsom SiC, används i stor utsträckning under extrema förhållanden som involverar hög temperatur, hög frekvens, hög effekt och strålningsmotstånd. Som substratskivor för högpresterande mikroelektroniska och optoelektroniska enheter, påverkar yt- och underjordskvaliteten på SiC-substrat efter bearbetning kritiskt enhetens prestanda. Därför måste bearbetningen inte bara uppnå hög formnoggrannhet och sub-nanometerråhet, utan också undvika skador på ytan och under ytan.
Slipning är en kärnprocess vid tillverkning av SiC-substrat. Dess huvudsakliga funktioner är att eliminera skärmärken och skador under ytan som produceras av trådsågning, och att optimera ytjämnhet och formnoggrannhet. Denna process står för 70 % av det totala materialavtaget i hela tillverkningsflödet, och slipkvaliteten påverkar direkt svårigheten och effektiviteten av efterföljande polering. För hårda och spröda material som SiC är slipande slipning den vanliga materialborttagningsmetoden, som huvudsakligen är uppdelad i lös slipning och fast slipning. Grundprincipen är att genom valsning och mikro-skärning av slipkorn på underlagets yta induceras täta mikro-sprickor; sprickorna fortplantar sig och skär varandra, vilket leder till att material spjälkas och därmed effektivt avlägsnas.
Lös slipning av SiC-material
Lös slipning är en process för avlägsnande av tre-kroppar, där materialavlägsnande uppnås genom den kombinerade verkan av lappplattan, slipkornen och substratet. Under slipning fördelas slipkorn slumpmässigt på underlagets yta. Tryck appliceras för att pressa in kornen i ytan, och när överlappningsplattan roterar rullar kornen på substratytan, vilket orsakar rullande borttagning av ytmaterialet. Forskare har använt olika slipmedel för att bearbeta SiC och fann att diamantslipmedel erbjuder en bra materialavlägsningshastighet. Yu et al. observerade signifikant förbättring av ytformnoggrannheten hos SiC efter läppning. Pan et al. använde diamantslipskivor för att slipa SiC-substrat, vilket uppnådde en ytjämnhet Ra=12 nm och en total skivtjockleksvariation på mindre än 3 µm.
Fast slipning av SiC-material
Fast slipning är en process för borttagning av två-kroppar, där precisionsbearbetning av substratytan uppnås genom interaktionen mellan slipkorn och substratet. Eftersom slipkornen är fixerade på lappplattan kan de inte rulla som vid lös slipning. Istället, när lappplattan roterar, utför kornen plöjnings- och mikroskärningsåtgärder på substratets yta och tar därigenom bort ytmaterial. Fast slipning, med hjälp av fasta slipskivor eller slipskivor, kan effektivt förbättra användningen av slipmedel. På grund av inkonsekventa utsprångshöjder på slipkornen, kan allvarliga repor och yt-/underjordssprickor uppstå på SiC-ytan, vilket gör det svårt att uppfylla kvalitetskraven för-polering av ytor. Forskare har använt diamantslipmedel i nanoskala för mekanisk polering av SiC-substrat, för att uppnå sub-nanometer ytjämnhet, men detta kräver lång bearbetningstid och höga kostnader. Även om ytskador och ojämnheter förbättras efter polering, finns det fortfarande repor kvar på den bearbetade ytan, vilket gör det svårt att uppfylla ytkraven på atomär{10}}nivå för substrat.
För att erhålla högpresterande SiC-substrat har industrin utvecklat många precisions-lappnings- och poleringstekniker. Dessa kan klassificeras genom materialborttagningsmekanismer i mekaniska lappnings-/poleringstekniker, som huvudsakligen är baserade på mekaniskt avlägsnande, och kemiska reaktionsbaserade lappnings-/poleringstekniker-. Mekanisk lappning/polering ger snabb materialborttagning och god ytkvalitet genom mekanisk verkan av slipmedel eller med hjälp av speciella energier. Kemisk reaktion-baserad lappning/polering inducerar först en kemisk reaktion på substratets yta för att bilda ett mjukare förändrat skikt, som sedan avlägsnas genom nötande repor för att erhålla sub-nanometer ytjämnhet. På grund av begränsningar i SiC-kristalltillväxtteknologi är det svårt att få ultra-stora bouler som med kisel eller safir. I framtiden rör sig SiC-substrat mot större dimensioner och tunnare former, vilket gör det angeläget att kontinuerligt förnya lappnings- och poleringstekniker för att tillhandahålla tekniska vägar för hög-effektivitet, hög-kvalitet och låg-kostnadsindustri.