單晶SiC基片超精密加工表面及亞表面損傷研究.pdf

1、單晶SiC作為第三代寬禁帶半導體材料，具有寬帶隙、高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點，被廣泛用作高頻大功率電力電子器件和光電子器件的襯底基片。作為薄膜材料生長的載體，其加工表面質量直接影響薄膜質量，決定電子元器件性能。本文基于加工亞表面損傷層檢測的截面顯微法提出了一種操作簡單的截面制樣方法，系統(tǒng)研究了單晶SiC材料的加工表面及亞表面損傷特征、材料去除機理和單晶SiC基片磨粒加工工藝。
　　解理截面制樣法在單晶

2、SiC基片亞表面裂紋檢測的截面制作上與傳統(tǒng)截面制樣法相比，檢測結果相同，但解理截面制樣法的制樣過程比傳統(tǒng)截面制樣法簡單，不需要對截面進行研磨拋光，減少了二次損傷的影響，檢測結果更直接反映亞表面實際狀態(tài)。
　　通過Vickers壓痕試驗研究單晶SiC基片在Vickers壓頭的加載作用下的裂紋產生機理與擴展規(guī)律，分析單晶SiC基片壓痕裂紋形成過程。Vickers壓頭在單晶SiC表面加載和卸載過程中，材料的變形過程存在三個階段:塑性變形

3、階段、裂紋擴展階段和微破碎階段。壓頭壓入單晶SiC表面會產生塑性壓痕、側向裂紋和徑向/中位裂紋，但是各種類型的裂紋是否出現(xiàn)跟壓入載荷的大小相關，隨著加載載荷的減小，壓痕出現(xiàn)脆塑轉變。
　　通過對切割、研磨、磨削和拋光幾種不同磨粒加工方法加工的單晶SiC基片的表面及亞表面損傷進行觀測，結合單晶SiC材料的斷裂機理，研究單晶SiC基片的加工表面及亞表而損傷特征和材料去除機理。單晶SiC基片粗加工過程中產生的表面及亞表面損傷包括表面破碎

4、層和亞表面裂紋層，亞表面裂紋主要包括:側向裂紋和中位/徑向裂紋。
　　通過不同工藝方法的表面加工試驗研究單晶SiC基片超光滑表面的形成過程。在研磨中，當磨粒粒度減小至1.5μm時，表面粗糙度Ra為24.0nm，最大亞表面裂紋深度為1.2μm，材料的去除方式大部分仍為脆性斷裂，只有極少數(shù)部分凸起的碎屑發(fā)生塑性變形。在磨削中，影響最大磨粒切削深度的因素主要有砂輪磨料粒度、進給速度和轉速，隨著最大磨粒切削深度的減小，磨削表面粗糙度逐漸減

5、小，材料的去除方式發(fā)生脆塑性轉變。當最大磨粒切削深度大于臨界砂輪磨粒切深時，材料的去除方式主要以脆性破碎為主，當最大磨粒切削深度小于臨界砂輪磨粒切深時，材料的去除方式主要以塑性流動為主。采用325＃金剛石砂輪磨削可以獲得表面粗糙度Ra為17.7nm、最大亞表面裂紋深度為5.8μm的單晶SiC基片，晶片表面主要為耕犁劃痕和空隙;采用8000＃金剛石砂輪磨削可以實現(xiàn)對單晶SiC材料的塑性去除，磨削后晶片表面主要為塑性劃痕，表面粗糙度Ra為2