Els dispositius de potència semiconductors ocupen una posició bàsica en els sistemes electrònics de potència, especialment en el context del ràpid desenvolupament de tecnologies com la intel·ligència artificial, les comunicacions 5G i els vehicles d'energia nova, els requisits de rendiment dels mateixos s'han millorat.
Carbur de silici(4H-SiC) s'ha convertit en un material ideal per a la fabricació de dispositius de potència semiconductors d'alt rendiment a causa dels seus avantatges com ara una gran banda intermèdia, alta conductivitat tèrmica, gran intensitat de camp de ruptura, alta taxa de deriva de saturació, estabilitat química i resistència a la radiació. Tanmateix, el 4H-SiC té una duresa elevada, una gran fragilitat, una forta inercia química i una gran dificultat de processament. La qualitat superficial de la seva hòstia de substrat és crucial per a aplicacions de dispositius a gran escala.
Per tant, millorar la qualitat de la superfície de les hòsties de substrat 4H-SiC, especialment l'eliminació de la capa danyada a la superfície de processament de les hòsties, és la clau per aconseguir un processament d'hòsties de substrat 4H-SiC eficient, de baixes pèrdues i d'alta qualitat.
Experimenta
L'experiment utilitza un lingot de 4H-SiC de tipus N de 4 polzades cultivat mitjançant un mètode de transport físic de vapor, que es processa mitjançant tall de filferro, mòlta, mòlta en brut, mòlta fi i polit, i registra el gruix d'eliminació de la superfície C i la superfície de Si i el gruix final de l'hòstia en cada procés.
Figura 1 Diagrama esquemàtic de l'estructura cristal·lina 4H-SiC
Figura 2 Gruix eliminat del costat C i del costat Si de 4H-Hòstia de SiCdesprés de diferents passos de processament i gruix de l'hòstia després del processament
El gruix, la morfologia de la superfície, la rugositat i les propietats mecàniques de l'hòstia es van caracteritzar completament per un provador de paràmetres de geometria de l'hòstia, un microscopi d'interferència diferencial, un microscopi de força atòmica, un instrument de mesura de rugositat superficial i un nanoindentador. A més, es va utilitzar un difractòmetre de raigs X d'alta resolució per avaluar la qualitat del cristall de l'hòstia.
Aquests passos experimentals i mètodes de prova proporcionen suport tècnic detallat per estudiar la taxa d'eliminació del material i la qualitat de la superfície durant el processament de 4H-Hòsties de SiC.
Mitjançant experiments, els investigadors van analitzar els canvis en la taxa d'eliminació de material (MRR), la morfologia superficial i la rugositat, així com les propietats mecàniques i la qualitat del cristall de 4H-Hòsties de SiCen diferents passos de processament (tall de filferro, rectificat, desbast, polit fi, polit).
Figura 3 Taxa d'eliminació de material de cara C i cara Si de 4H-Hòstia de SiCen diferents etapes de processament
L'estudi va trobar que, a causa de l'anisotropia de les propietats mecàniques de diferents cares de cristall de 4H-SiC, hi ha una diferència en la MRR entre la cara C i la cara Si sota el mateix procés, i la MRR de la cara C és significativament més alta que el de Si-face. Amb l'avenç dels passos de processament, la morfologia superficial i la rugositat de les hòsties de 4H-SiC s'optimitzen gradualment. Després del poliment, la Ra de la cara C és de 0,24 nm i la Ra de la cara Si arriba als 0,14 nm, cosa que pot satisfer les necessitats de creixement epitaxial.
Figura 4 Imatges de microscopi òptic de la superfície C (a ~ e) i la superfície de Si (f ~ j) de l'hòstia 4H-SiC després de diferents passos de processament
Figura 5 Imatges de microscopi de força atòmica de la superfície C (a ~ c) i la superfície de Si (d ~ f) de l'hòstia 4H-SiC després dels passos de processament CLP, FLP i CMP
Figura 6 (a) mòdul elàstic i (b) duresa de la superfície C i la superfície de Si de l'hòstia 4H-SiC després de diferents passos de processament
La prova de propietats mecàniques mostra que la superfície C de l'hòstia té una duresa més pobra que el material de la superfície de Si, un major grau de fractura fràgil durant el processament, una eliminació més ràpida del material i una morfologia i rugositat superficial relativament pobres. L'eliminació de la capa danyada a la superfície processada és la clau per millorar la qualitat superficial de l'hòstia. L'amplada de mitja alçada de la corba de balanceig 4H-SiC (0004) es pot utilitzar per caracteritzar i analitzar de manera intuïtiva i precisa la capa de dany superficial de l'hòstia.
Figura 7 (0004) corba de balanceig a mitja amplada de la cara C i la cara Si de l'hòstia 4H-SiC després de diferents passos de processament
Els resultats de la investigació mostren que la capa de dany superficial de l'hòstia es pot eliminar gradualment després del processament de l'hòstia 4H-SiC, que millora eficaçment la qualitat de la superfície de l'hòstia i proporciona una referència tècnica per a un processament d'alta eficiència, baixes pèrdues i alta qualitat. de hòsties de substrat 4H-SiC.
Els investigadors van processar hòsties de 4H-SiC a través de diferents passos de processament, com ara el tall de filferro, la mòlta, la mòlta desbastada, la mòlta fina i el polit, i van estudiar els efectes d'aquests processos sobre la qualitat superficial de l'hòstia.
Els resultats mostren que amb l'avenç dels passos de processament, la morfologia superficial i la rugositat de l'hòstia s'optimitzen gradualment. Després del poliment, la rugositat de la cara C i la cara Si arriba a 0,24 nm i 0,14 nm respectivament, cosa que compleix els requisits del creixement epitaxial. La cara C de l'hòstia té una duresa més pobra que el material de cara Si i és més propensa a fractures fràgils durant el processament, donant lloc a una morfologia i rugositat superficial relativament pobres. L'eliminació de la capa de dany superficial de la superfície processada és la clau per millorar la qualitat superficial de l'hòstia. La mitja amplada de la corba de balanceig 4H-SiC (0004) pot caracteritzar de manera intuïtiva i precisa la capa de dany superficial de l'hòstia.
La investigació mostra que la capa danyada a la superfície de les hòsties de 4H-SiC es pot eliminar gradualment mitjançant el processament d'hòsties 4H-SiC, millorant eficaçment la qualitat de la superfície de l'hòstia, proporcionant una referència tècnica per a una alta eficiència, baixa pèrdua i alta. processament de qualitat de hòsties de substrat 4H-SiC.
Hora de publicació: 08-jul-2024