Le matériau cristallin en carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur représentatif de la troisième -génération. Comparé aux semi-conducteurs élémentaires de première-génération et aux semi-conducteurs composés de deuxième-génération, le SiC possède d'excellentes propriétés physiques, notamment une large bande interdite, une vitesse de dérive des électrons élevée, une intensité de champ électrique de claquage critique élevée, une faible constante diélectrique, une conductivité thermique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique, ainsi qu'une inertie chimique supérieure. Ces avantages rendent les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite tels que le SiC largement utilisés dans des conditions extrêmes impliquant des températures élevées, des fréquences élevées, des puissances élevées et une résistance aux radiations. En tant que tranches de substrat pour les dispositifs microélectroniques et optoélectroniques à hautes performances, la qualité de la surface et du sous-sol des substrats SiC après traitement affecte de manière critique les performances du dispositif. Par conséquent, le traitement doit non seulement atteindre une précision de forme élevée et une rugosité inférieure au nanomètre -, mais également éviter les dommages à la surface et au sous-sol.
Le meulage est un processus essentiel dans la fabrication des substrats SiC. Ses principales fonctions sont d'éliminer les marques de saignée et la couche de dommages souterrains produits par le sciage au fil, ainsi que d'optimiser la rugosité de la surface et la précision de la forme. Ce processus représente 70 % de l'enlèvement total de matière dans l'ensemble du flux de fabrication, et la qualité du meulage affecte directement la difficulté et l'efficacité du polissage ultérieur. Pour les matériaux durs et cassants comme le SiC, le meulage abrasif est la méthode d'élimination de matière principale, qui est principalement divisée en meulage abrasif libre et meulage abrasif fixe. Le principe de base est que grâce aux actions de roulement et de micro-coupe des grains abrasifs sur la surface du substrat, des micro-fissures denses sont induites ; les fissures se propagent et se croisent, conduisant à un effritement du matériau et donc à un enlèvement efficace.
Meulage abrasif lâche des matériaux SiC
Le meulage abrasif libre est un processus d'élimination à trois -corps, dans lequel l'élimination de matière est obtenue grâce à l'action combinée de la plaque de rodage, des grains abrasifs et du substrat. Lors du meulage, les grains abrasifs sont répartis de manière aléatoire sur la surface du substrat. Une pression est appliquée pour presser les grains dans la surface, et lorsque la plaque de rodage tourne, les grains roulent sur la surface du substrat, provoquant l'enlèvement par roulement du matériau de surface. Les chercheurs ont utilisé différents abrasifs pour traiter le SiC et ont découvert que les abrasifs diamantés offrent un bon taux d'enlèvement de matière. Yu et coll. observé une amélioration significative de la précision de la forme de la surface du SiC après rodage. Pan et coll. utilisé des meules diamantées pour meuler des substrats SiC, obtenant une rugosité de surface Ra=12 nm et une variation de l'épaisseur totale de la tranche inférieure à 3 µm.
Meulage abrasif fixe des matériaux SiC
Le meulage abrasif fixe est un processus d'élimination à deux corps, où le traitement de précision de la surface du substrat est obtenu grâce à l'interaction entre les grains abrasifs et le substrat. Les grains abrasifs étant fixés sur le plateau de rodage, ils ne peuvent pas rouler comme lors d'un meulage abrasif libre. Au lieu de cela, lorsque la plaque de rodage tourne, les grains effectuent des actions de labour et de micro-coupe sur la surface du substrat, éliminant ainsi le matériau de surface. Le meulage abrasif fixe, utilisant des plaques de rodage abrasives fixes ou des meules, peut améliorer efficacement l'utilisation de l'abrasif. Cependant, en raison de hauteurs de saillie incohérentes des grains abrasifs, de graves rayures et des fissures superficielles/souterraines peuvent se produire sur la surface SiC, ce qui rend difficile le respect des exigences de qualité de surface avant-polissage. Les chercheurs ont utilisé des abrasifs diamantés à l'échelle nanométrique pour le polissage mécanique des substrats SiC, atteignant une rugosité de surface inférieure au -nanomètre, mais cela nécessite un temps de traitement long et un coût élevé. Bien que les dommages et la rugosité de la surface soient améliorés après le polissage, des rayures subsistent sur la surface traitée, ce qui rend difficile le respect des exigences de surface au niveau atomique-pour les substrats.
Pour obtenir des substrats SiC-hautes performances, l'industrie a développé de nombreuses technologies de rodage et de polissage de précision. Celles-ci peuvent être classées selon le mécanisme d'enlèvement de matière en technologies de rodage/polissage mécanique, qui sont principalement basées sur l'enlèvement mécanique, et en technologies de rodage/polissage basées sur une réaction chimique-. Le rodage/polissage mécanique permet un enlèvement de matière rapide et une bonne qualité de surface grâce à l'action mécanique d'abrasifs ou à l'aide d'énergies spéciales. Le rodage/polissage basé sur une réaction chimique-induit d'abord une réaction chimique sur la surface du substrat pour former une couche altérée plus douce, qui est ensuite éliminée par grattage abrasif pour obtenir une rugosité de surface inférieure-nanométrique. En raison des limites de la technologie de croissance des cristaux SiC, il est difficile d'obtenir des boules ultra-grandes comme avec le silicium ou le saphir. À l'avenir, les substrats SiC évoluent vers des dimensions plus grandes et des formes plus fines, ce qui rend urgent l'innovation continue des technologies de rodage et de polissage afin de fournir des voies techniques pour une production industrielle à haute-efficacité, haute-qualité et à faible-coût.