Krystalový materiál karbidu křemíku (SiC) je reprezentativním polovodičem třetí{0}}generace. Ve srovnání s první-generací elementárních polovodičů a druhou-generací složených polovodičů má SiC vynikající fyzikální vlastnosti včetně širokého pásma, vysoké rychlosti elektronového driftu, vysoké kritické intenzity průrazu elektrického pole, nízké dielektrické konstanty, vysoké tepelné vodivosti a nízkého koeficientu tepelné roztažnosti, spolu s vynikající chemickou inertností. Díky těmto výhodám se polovodičové materiály s širokým{5}}pásmovým odstupem, jako je SiC, široce používají v extrémních podmínkách zahrnujících vysokou teplotu, vysokou frekvenci, vysoký výkon a odolnost vůči záření. Jako substrátové destičky pro vysoce výkonná mikroelektronická a optoelektronická zařízení má povrchová a podpovrchová kvalita substrátů SiC po zpracování zásadní vliv na výkon zařízení. Zpracování proto musí nejen dosáhnout vysoké přesnosti tvaru a sub-nanometrové drsnosti, ale také zabránit poškození povrchu a podpovrchu.
Broušení je základní proces při výrobě substrátu SiC. Jeho hlavní funkcí je eliminovat rýhy a podpovrchové poškození vzniklé řezáním drátem a optimalizovat drsnost povrchu a přesnost tvaru. Tento proces tvoří 70 % celkového úběru materiálu v celém výrobním toku a kvalita broušení přímo ovlivňuje obtížnost a efektivitu následného leštění. U tvrdých a křehkých materiálů, jako je SiC, je abrazivní broušení hlavní metodou odstraňování materiálu, která se dělí hlavně na volné abrazivní broušení a pevné abrazivní broušení. Základním principem je, že prostřednictvím válcování a mikro-řezání brusných zrn na povrchu substrátu jsou indukovány husté mikro-trhliny; trhliny se šíří a protínají, což vede k odlupování materiálu a tím k účinnému odstranění.
Volné abrazivní broušení SiC materiálů
Volné abrazivní broušení je proces odstraňování tří těles-, při kterém se odstranění materiálu dosahuje kombinovaným působením lapovací desky, brusných zrn a substrátu. Během broušení jsou brusná zrna náhodně rozmístěna na povrchu substrátu. Tlak je aplikován, aby se zrna vtlačila do povrchu, a jak se lapovací deska otáčí, zrna se odvalují po povrchu substrátu, což způsobuje válcování odstranění povrchového materiálu. Výzkumníci použili různá brusiva ke zpracování SiC a zjistili, že diamantová brusiva nabízejí dobrý úběr materiálu. Yu a kol. pozorováno významné zlepšení přesnosti tvaru povrchu SiC po lapování. Pan a kol. použili diamantové brusné kotouče k broušení SiC substrátů, přičemž dosáhli drsnosti povrchu Ra=12 nm a celkové odchylky tloušťky plátku menší než 3 µm.
Pevné abrazivní broušení SiC materiálů
Pevné broušení brusiva je proces odstraňování dvou{0}}těl, kde je přesného zpracování povrchu substrátu dosaženo interakcí mezi brusnými zrny a substrátem. Protože jsou brusná zrna upevněna na lapovací desce, nemohou se odvalovat jako při volném broušení. Místo toho, když se lapovací deska otáčí, zrna provádějí orbu a mikro-řezání na povrchu substrátu, čímž odstraňují povrchový materiál. Pevné broušení brusiva pomocí pevných brusných lapovacích desek nebo brusných kotoučů může účinně zlepšit využití brusiva. V důsledku nekonzistentních výšek výčnělků brusných zrn se však na povrchu SiC mohou vyskytnout vážné škrábance a povrchové/podpovrchové trhliny, což ztěžuje splnění požadavků na kvalitu povrchu před-leštěním. Výzkumníci použili diamantová brusiva v nanoměřítku k mechanickému leštění SiC substrátů, čímž dosáhli drsnosti povrchu sub-nanometrů, ale to vyžaduje dlouhou dobu zpracování a vysoké náklady. I když se poškození a drsnost povrchu po vyleštění zlepší, na opracovaném povrchu stále zůstávají škrábance, což ztěžuje splnění požadavků na povrch na atomární{10}}úrovni pro substráty.
K získání vysoce{0}}výkonných substrátů SiC vyvinul průmysl četné technologie přesného lapování a leštění. Podle mechanismu úběru materiálu je lze rozdělit na technologie mechanického lapování/leštění, které jsou založeny především na mechanickém odstraňování, a technologie lapování/leštění-založené na chemických reakcích. Mechanickým lapováním/leštěním se dosahuje rychlého úběru materiálu a dobré kvality povrchu mechanickým působením brusiva nebo pomocí speciálních energií. Lapování/leštění založené na chemických reakcích nejprve vyvolá chemickou reakci na povrchu substrátu za účelem vytvoření měkčí změněné vrstvy, která se poté odstraní abrazivním škrábáním, aby se získala drsnost povrchu sub-nanometrů. Kvůli omezením v technologii růstu krystalů SiC je obtížné získat ultra-velké kuličky jako u křemíku nebo safíru. V budoucnu se substráty SiC posouvají směrem k větším rozměrům a tenčím formám, takže je naléhavé neustále inovovat technologie lapování a leštění, aby poskytovaly technické cesty pro vysokou-efektivitu, vysokou-kvalitní a-nízkonákladovou průmyslovou výrobu.