El carburo de silicio (SiC) como material semiconductor de alto rendimiento, debido a sus excelentes propiedades físicas y químicas, en electrónica de potencia, microondas de radiofrecuencia, optoelectrónica y otros campos muestra un gran potencial de aplicación. Sin embargo, la alta dureza y la estructura reticular estable del carburo de silicio plantean grandes desafíos para su proceso de pulido. Este artículo se centrará en las razones de la dificultad de pulir sustrato de carburo de silicio, con el fin de proporcionar referencia para la investigación y aplicación en campos relacionados.
Primero, alta dureza y fragilidad causadas por problemas de pulido
La dureza ultra alta del carburo de silicio es una de sus características notables, y la dureza de Mohs es de hasta 9,5, solo superada por el diamante. Esta característica de alta dureza hace necesario utilizar abrasivos y herramientas de dureza igualmente alta en el proceso de pulido. Sin embargo, los abrasivos de alta dureza a menudo provocan un rápido desgaste de las herramientas de pulido durante el proceso de pulido, lo que no sólo reduce la eficiencia del pulido, sino que también puede provocar una disminución en la calidad del pulido. Además, la fragilidad del carburo de silicio también es un problema importante en el proceso de pulido. En el proceso de pulido, el sustrato de SiC es propenso a agrietarse, formando daños en la superficie y grietas; estos defectos no solo afectan la calidad de la apariencia de la oblea, sino que también pueden afectar su rendimiento eléctrico y confiabilidad.
En segundo lugar, el desafío del pulido que plantea la estructura reticular estable
La estructura reticular del SiC está compuesta por tetraedros de Si-C, que tienen una estructura compacta y alta estabilidad. Esta estructura reticular estable hace que sea extremadamente difícil cambiar la estructura superficial mediante medios de mecanizado externos. En el proceso de pulido, para romper el enlace covalente entre los átomos de Si-C, lograr la eliminación del material y mejorar la calidad de la superficie, se necesita consumir mucha energía térmica y fuerza de corte por fricción. Esto no sólo aumenta el consumo de energía y el costo de tiempo del proceso de pulido, sino que también puede causar daños a la estructura interna del chip.
En tercer lugar, el impacto del estrés en el proceso de pulido
En el proceso de pulido tradicional, la pieza de trabajo y el troquel de pulido generalmente se fijan mediante pegamento adhesivo. Sin embargo, debido al coeficiente inconsistente de expansión térmica entre el sustrato de SiC y el troquel de pulido, se producirá tensión en el sitio de unión después del enfriamiento y el curado. Estas tensiones afectarán negativamente a la forma y el acabado de la superficie de la oblea durante el pulido, lo que dará como resultado una disminución de la calidad del pulido. Además, el calor de fricción y la tensión mecánica generados durante el proceso de pulido pueden exacerbar aún más este efecto, haciendo que el proceso de pulido sea más difícil de controlar.
Cuarto, la selección del líquido de pulido y la almohadilla de pulido
El líquido de pulido y la almohadilla de pulido son los elementos clave en el proceso de pulido y su selección afecta directamente el efecto de pulido. Para los sustratos de carburo de silicio, debido a su alta dureza y fragilidad, el líquido de pulido tradicional y la almohadilla de pulido suelen ser difíciles de cumplir con los requisitos de pulido. Por un lado, es necesario controlar con precisión la composición del líquido de pulido, el tamaño de las partículas y la concentración del abrasivo para evitar daños excesivos a la viruta; Por otro lado, la dureza, elasticidad y topografía de la superficie de la almohadilla de pulido también deben coincidir con las características del sustrato de carburo de silicio para lograr el mejor efecto de pulido. Sin embargo, los fluidos de pulido especiales y las almohadillas de pulido para sustratos de SiC todavía son escasos en el mercado, lo que aumenta aún más la dificultad y el coste del proceso de pulido.
En resumen, las razones de la dificultad de pulir sustratos de carburo de silicio incluyen principalmente su alta dureza y fragilidad, estructura reticular estable, la influencia de la tensión en el proceso de pulido y la selección del fluido de pulido y la almohadilla de pulido. Estos desafíos no solo afectan la eficiencia del pulido y la calidad de los sustratos de SiC, sino que también limitan su aplicación y desarrollo en campos relacionados. Por lo tanto, es necesario fortalecer la investigación y la innovación de la tecnología de pulido de sustratos de carburo de silicio en el futuro para superar estos problemas y promover la amplia aplicación y el desarrollo de materiales de carburo de silicio.
