S: SiC lövhələrinin dilimlənməsi və emalında istifadə olunan əsas texnologiyalar hansılardır?
A:Silikon karbid (SiC) yalnız almazdan sonra ikinci sərtliyə malikdir və yüksək dərəcədə sərt və kövrək bir material hesab olunur. Yetişdirilmiş kristalların nazik lövhələrə kəsilməsini əhatə edən dilimləmə prosesi vaxt aparır və qırılmaya meyllidir. İlk addım kimiSiCTək kristal emal zamanı dilimləmə keyfiyyəti sonrakı üyütmə, cilalama və incəltməyə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Dilimləmə tez-tez səth və alt hissələrdə çatlar əmələ gətirir, lövhələrin qırılma nisbətini və istehsal xərclərini artırır. Buna görə də, dilimləmə zamanı səth çatlarının zədələnməsinin idarə edilməsi SiC cihazlarının istehsalını inkişaf etdirmək üçün çox vacibdir.
Hazırda bildirilən SiC dilimləmə üsullarına sabit aşındırıcı, sərbəst aşındırıcı dilimləmə, lazerlə kəsmə, təbəqə ötürülməsi (soyuq ayrılma) və elektrik boşalması ilə dilimləmə daxildir. Bunlar arasında sabit almaz aşındırıcıları ilə qarşılıqlı çoxməftilli dilimləmə SiC tək kristallarının emalı üçün ən çox istifadə edilən üsuldur. Lakin, külçə ölçüləri 8 düym və daha yuxarıya çatdıqca, yüksək avadanlıq tələbləri, xərclər və aşağı səmərəlilik səbəbindən ənənəvi məftil mişarlama daha az praktik olur. Aşağı qiymətli, az itkili, yüksək səmərəli dilimləmə texnologiyalarına təcili ehtiyac var.
S: Lazerlə kəsmənin ənənəvi çoxməftilli kəsmə ilə müqayisədə üstünlükləri nələrdir?
A: Ənənəvi tel mişarlama kəsirSiC külçəsimüəyyən bir istiqamətdə bir neçə yüz mikron qalınlığında dilimlərə bölünür. Daha sonra dilimlər mişar izlərini və yeraltı zədələri təmizləmək üçün almaz məhlulları ilə üyüdülür, ardınca qlobal müstəviləşməyə nail olmaq üçün kimyəvi mexaniki cilalama (CMP) aparılır və nəhayət SiC lövhələri əldə etmək üçün təmizlənir.
Lakin, SiC-nin yüksək sərtliyi və kövrəkliyi səbəbindən bu addımlar asanlıqla əyilməyə, çatlamağa, qırılma nisbətlərinin artmasına, istehsal xərclərinin artmasına və yüksək səth pürüzlülüyünə və çirklənməsinə (toz, çirkab suları və s.) səbəb ola bilər. Bundan əlavə, məftil mişarlama yavaşdır və aşağı məhsuldarlığa malikdir. Hesablamalar göstərir ki, ənənəvi çoxməftilli dilimləmə material istifadəsinin yalnız təxminən 50%-ni təmin edir və cilalama və üyütmədən sonra materialın 75%-ə qədəri itirilir. İlkin xarici istehsal məlumatları göstərirdi ki, 10.000 lövhə istehsal etmək üçün təxminən 273 gün fasiləsiz 24 saatlıq istehsal tələb oluna bilər ki, bu da çox vaxt aparır.
Ölkə daxilində bir çox SiC kristal yetişdirmə şirkətləri soba gücünün artırılmasına diqqət yetirir. Lakin, yalnız istehsalı artırmaq əvəzinə, itkiləri necə azaltmağı düşünmək daha vacibdir - xüsusən də kristal yetişdirmə məhsuldarlığı hələ optimal olmadıqda.
Lazer dilimləmə avadanlığı material itkisini əhəmiyyətli dərəcədə azalda və məhsuldarlığı artıra bilər. Məsələn, tək 20 mm-lik bir kəsici istifadə etməkləSiC külçəsiTel mişarlama 350 μm qalınlığında təxminən 30 lövhə əldə edə bilər. Lazerlə dilimləmə 50-dən çox lövhə əldə edə bilər. Lövhənin qalınlığı 200 μm-ə endirilərsə, eyni külçədən 80-dən çox lövhə əldə etmək olar. Tel mişarlama 6 düym və daha kiçik lövhələr üçün geniş istifadə olunsa da, 8 düymlük SiC külçəsinin dilimlənməsi ənənəvi üsullarla 10-15 gün çəkə bilər ki, bu da yüksək səviyyəli avadanlıq tələb edir və aşağı səmərəliliklə yüksək xərclərə səbəb olur. Bu şərtlər altında lazerlə dilimləmənin üstünlükləri aydın olur və bu da onu 8 düymlük lövhələr üçün əsas gələcək texnologiyasına çevirir.
Lazerlə kəsmə ilə, 8 düymlük lövhənin dilimləmə müddəti 20 dəqiqədən az ola bilər, lövhənin başına material itkisi isə 60 μm-dən azdır.
Xülasə, çoxməftilli kəsmə ilə müqayisədə lazer dilimləmə daha yüksək sürət, daha yaxşı məhsuldarlıq, daha az material itkisi və daha təmiz emal təklif edir.
S: SiC lazer dilimləməsində əsas texniki çətinliklər hansılardır?
A: Lazer dilimləmə prosesi iki əsas mərhələni əhatə edir: lazer modifikasiyası və lövhənin ayrılması.
Lazer modifikasiyasının əsasını şüa formalaşdırması və parametrlərin optimallaşdırılması təşkil edir. Lazer gücü, ləkə diametri və skan sürəti kimi parametrlər material ablasiyasının keyfiyyətinə və sonrakı lövhə ayrılmasının uğuruna təsir göstərir. Modifikasiya olunmuş zonanın həndəsəsi səthin pürüzlülüyünü və ayrılmanın çətinliyini müəyyən edir. Yüksək səth pürüzlülüyü sonrakı üyüdülməni çətinləşdirir və material itkisini artırır.
Modifikasiyadan sonra lövhənin ayrılması adətən soyuq sınıq və ya mexaniki gərginlik kimi kəsmə qüvvələri vasitəsilə əldə edilir. Bəzi məişət sistemləri ayrılma üçün titrəmələri yaratmaq üçün ultrasəs çeviricilərindən istifadə edir, lakin bu, çatlamaya və kənar qüsurlarına səbəb ola bilər və son məhsuldarlığı azaldır.
Bu iki addım mahiyyət etibarilə çətin olmasa da, fərqli böyümə prosesləri, aşqarlama səviyyələri və daxili stress paylanması səbəbindən kristal keyfiyyətindəki uyğunsuzluqlar dilimləmə çətinliyinə, məhsuldarlığa və material itkisinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Sadəcə problemli sahələri müəyyən etmək və lazer skan zonalarını tənzimləmək nəticələri əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmaya bilər.
Geniş yayılmanın açarı müxtəlif istehsalçıların geniş çeşidli kristal keyfiyyətlərinə uyğunlaşa bilən innovativ metod və avadanlıqların hazırlanmasında, proses parametrlərinin optimallaşdırılmasında və universal tətbiq oluna bilən lazer dilimləmə sistemlərinin qurulmasındadır.
S: Lazer dilimləmə texnologiyası SiC-dən başqa digər yarımkeçirici materiallara da tətbiq oluna bilərmi?
A: Lazer kəsmə texnologiyası tarixən geniş çeşiddə materiallara tətbiq olunub. Yarımkeçiricilərdə əvvəlcə lövhə doğramaq üçün istifadə olunub və daha sonra böyük həcmli tək kristalların doğranmasına qədər genişlənib.
SiC-dən başqa, lazer dilimləmə almaz, qallium nitrid (GaN) və qallium oksidi (Ga₂O₃) kimi digər sərt və ya kövrək materiallar üçün də istifadə edilə bilər. Bu materiallar üzərində aparılan ilkin tədqiqatlar lazer dilimləməsinin yarımkeçirici tətbiqlər üçün mümkünlüyünü və üstünlüklərini nümayiş etdirmişdir.
S: Hal-hazırda yetkin yerli lazer dilimləmə avadanlığı məhsulları varmı? Tədqiqatınız hansı mərhələdədir?
A: Böyük diametrli SiC lazer dilimləmə avadanlığı, 8 düymlük SiC lövhə istehsalının gələcəyi üçün əsas avadanlıq hesab olunur. Hal-hazırda, bu cür sistemləri yalnız Yaponiya təmin edə bilər və onlar bahalıdır və ixrac məhdudiyyətlərinə məruz qalır.
SiC istehsal planlarına və mövcud məftil mişar gücünə əsasən, lazer dilimləmə/nazikləşdirmə sistemlərinə daxili tələbatın təxminən 1000 ədəd olduğu təxmin edilir. Əsas yerli şirkətlər inkişafa böyük sərmayə qoyublar, lakin hələlik yetkin, kommersiya baxımından mövcud olan yerli avadanlıqlar sənayedə istifadəyə verilməyib.
Tədqiqat qrupları 2001-ci ildən bəri patentləşdirilmiş lazer qaldırma texnologiyasını inkişaf etdirir və hazırda bunu böyük diametrli SiC lazer dilimləmə və incəltməyə də tətbiq edirlər. Onlar aşağıdakıları edə bilən prototip sistemi və dilimləmə prosesləri hazırlayıblar: 4-6 düymlük yarımizolyasiyalı SiC lövhələrinin kəsilməsi və incəldilməsi 6-8 düymlük keçirici SiC külçələrinin dilimlənməsi Performans meyarları: 6-8 düymlük yarımizolyasiyalı SiC: dilimləmə müddəti 10-15 dəqiqə/lövhə; material itkisi <30 μm6-8 düymlük keçirici SiC: dilimləmə müddəti 14-20 dəqiqə/lövhə; material itkisi <60 μm
Təxmini lövhə məhsuldarlığı 50%-dən çox artıb
Dilimləndikdən sonra lövhələr üyüdülmə və cilalanmadan sonra milli həndəsə standartlarına cavab verir. Tədqiqatlar həmçinin göstərir ki, lazerlə induksiya edilən istilik effektləri lövhələrdə gərginliyə və ya həndəsəyə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərmir.
Eyni avadanlıq almaz, GaN və Ga₂O₃ tək kristallarının dilimlənməsinin mümkünlüyünü yoxlamaq üçün də istifadə edilmişdir.
Yayımlanma vaxtı: 23 may 2025