Il carburo di silicio (SiC) come materiale semiconduttore ad alte prestazioni, grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche e chimiche, nell'elettronica di potenza, nelle microonde a radiofrequenza, nell'optoelettronica e in altri campi mostra un grande potenziale applicativo. Tuttavia, l’elevata durezza e la struttura reticolare stabile del carburo di silicio pongono grandi sfide al suo processo di lucidatura. Questo articolo si concentrerà sulle ragioni della difficoltà di lucidatura del substrato di carburo di silicio, al fine di fornire un riferimento per la ricerca e l'applicazione in campi correlati.
In primo luogo, elevata durezza e fragilità causate da problemi di lucidatura
L'elevatissima durezza del carburo di silicio è una delle sue caratteristiche notevoli e la durezza Mohs arriva fino a 9,5, seconda solo al diamante. Questa caratteristica di elevata durezza rende necessario l'uso di abrasivi e strumenti di pari durezza nel processo di lucidatura. Tuttavia, gli abrasivi ad elevata durezza spesso portano ad una rapida usura degli utensili di lucidatura durante il processo di lucidatura, il che non solo riduce l'efficienza della lucidatura, ma può anche portare a un calo della qualità della lucidatura. Inoltre, anche la fragilità del carburo di silicio rappresenta un grosso problema nel processo di lucidatura. Nel processo di lucidatura, il substrato SiC è soggetto a fessurazioni, formando danni superficiali e crepe; questi difetti non solo influiscono sulla qualità estetica del wafer, ma possono anche influenzarne le prestazioni elettriche e l'affidabilità.
In secondo luogo, la sfida di lucidatura portata dalla struttura reticolare stabile
La struttura reticolare del SiC è composta da tetraedri Si-C, che hanno una struttura compatta e un'elevata stabilità. Questa struttura reticolare stabile rende estremamente difficile modificare la struttura superficiale mediante mezzi di lavorazione esterni. Nel processo di lucidatura, per rompere il legame covalente tra gli atomi di Si-C, per ottenere la rimozione del materiale e il miglioramento della qualità della superficie, è necessario consumare molta energia termica e forza di taglio di attrito. Ciò non solo aumenta il consumo di energia e il tempo del processo di lucidatura, ma può anche causare danni alla struttura interna del chip.
Terzo, l'impatto dello stress nel processo di lucidatura
Nel processo di lucidatura tradizionale, il pezzo in lavorazione e la matrice di lucidatura vengono solitamente fissati mediante colla. Tuttavia, a causa del coefficiente di dilatazione termica incoerente tra il substrato SiC e la matrice di lucidatura, si verificherà stress nel sito di incollaggio dopo il raffreddamento e la polimerizzazione. Queste sollecitazioni influenzeranno negativamente la forma e la finitura della superficie del wafer durante la lucidatura, con conseguente peggioramento della qualità della lucidatura. Inoltre, il calore da attrito e lo stress meccanico generati durante il processo di lucidatura possono esacerbare ulteriormente questo effetto, rendendo il processo di lucidatura più difficile da controllare.
Quarto, la scelta del liquido lucidante e del tampone lucidante
Il liquido lucidante e il tampone lucidante sono gli elementi chiave nel processo di lucidatura e la loro selezione influisce direttamente sull'effetto lucidante. Per i substrati in carburo di silicio, a causa della sua elevata durezza e fragilità, il tradizionale fluido lucidante e il tampone lucidante sono spesso difficili da soddisfare i requisiti di lucidatura. Da un lato è necessario controllare con precisione la composizione del liquido lucidante, la dimensione delle particelle e la concentrazione dell'abrasivo per evitare danni eccessivi al truciolo; D'altro canto, anche la durezza, l'elasticità e la topografia superficiale del tampone di lucidatura devono corrispondere alle caratteristiche del substrato in carburo di silicio per ottenere il miglior effetto di lucidatura. Tuttavia, sul mercato sono ancora scarsi fluidi lucidanti e tamponi lucidanti speciali per substrati SiC, il che aumenta ulteriormente la difficoltà e il costo del processo di lucidatura.
In sintesi, le ragioni della difficoltà di lucidatura dei substrati di carburo di silicio includono principalmente l'elevata durezza e fragilità, la struttura reticolare stabile, l'influenza dello stress nel processo di lucidatura e la scelta del fluido lucidante e del tampone lucidante. Queste sfide non riguardano solo l’efficienza di lucidatura e la qualità dei substrati SiC, ma ne limitano anche l’applicazione e lo sviluppo in campi correlati. Pertanto, in futuro è necessario rafforzare la ricerca e l'innovazione della tecnologia di lucidatura dei substrati di carburo di silicio per superare questi problemi e promuovere l'ampia applicazione e lo sviluppo di materiali in carburo di silicio.
