O material cristalino de carboneto de silício (SiC) é um semicondutor representativo de-terceira geração. Comparado com semicondutores elementares de primeira-geração e semicondutores compostos de segunda{3}}geração, o SiC possui excelentes propriedades físicas, incluindo amplo bandgap, alta velocidade de deriva de elétrons, alta intensidade de campo elétrico de ruptura crítica, baixa constante dielétrica, alta condutividade térmica e baixo coeficiente de expansão térmica, além de inércia química superior. Essas vantagens fazem com que materiais semicondutores de banda larga, como o SiC, sejam amplamente utilizados em condições extremas envolvendo alta temperatura, alta frequência, alta potência e resistência à radiação. Como wafers de substrato para dispositivos microeletrônicos e optoeletrônicos de alto-desempenho, a qualidade da superfície e do subsolo dos substratos de SiC após o processamento afeta criticamente o desempenho do dispositivo. Portanto, o processamento deve não apenas alcançar alta precisão de forma e rugosidade sub{9}}nanométrica, mas também evitar danos superficiais e subterrâneos.
A moagem é um processo central na fabricação de substrato de SiC. Suas principais funções são eliminar as marcas de corte e a camada de danos subterrâneos produzidos pela serra com fio e otimizar a rugosidade da superfície e a precisão da forma. Esse processo é responsável por 70% da remoção total de material em todo o fluxo de fabricação, e a qualidade do lixamento afeta diretamente a dificuldade e a eficiência do polimento posterior. Para materiais duros e quebradiços como o SiC, a retificação abrasiva é o método principal de remoção de material, que é dividido principalmente em retificação abrasiva solta e retificação abrasiva fixa. O princípio básico é que através de ações de laminação e micro{5}}corte de grãos abrasivos na superfície do substrato, micro{6}}fissuras densas são induzidas; as fissuras se propagam e se cruzam, levando à fragmentação do material e, portanto, à remoção eficiente.
Moagem Abrasiva Solta de Materiais SiC
A retificação abrasiva solta é um processo de remoção de três{0}}corpos, em que a remoção do material é obtida por meio da ação combinada da placa de lapidação, dos grãos abrasivos e do substrato. Durante a retificação, os grãos abrasivos são distribuídos aleatoriamente na superfície do substrato. A pressão é aplicada para pressionar os grãos na superfície e, à medida que a placa de lapidação gira, os grãos rolam na superfície do substrato, causando a remoção do material da superfície. Os pesquisadores usaram diferentes abrasivos para processar o SiC e descobriram que os abrasivos de diamante oferecem uma boa taxa de remoção de material. Yu et al. observaram melhoria significativa na precisão da forma superficial do SiC após lapidação. Pan et al. usaram rebolos diamantados para retificar substratos de SiC, alcançando uma rugosidade superficial Ra=12 nm e uma variação total da espessura do wafer inferior a 3 µm.
Retificação Abrasiva Fixa de Materiais SiC
A retificação abrasiva fixa é um processo de remoção de dois{0}}corpos, em que o processamento preciso da superfície do substrato é obtido por meio da interação entre os grãos abrasivos e o substrato. Como os grãos abrasivos estão fixados na placa de lapidação, eles não podem rolar como na retificação abrasiva solta. Em vez disso, à medida que a placa de lapidação gira, os grãos realizam ações de aração e micro{3}}corte na superfície do substrato, removendo assim o material da superfície. A retificação abrasiva fixa, usando placas de lapidação abrasivas fixas ou rebolos, pode efetivamente melhorar a utilização do abrasivo. No entanto, devido às alturas de protuberância inconsistentes dos grãos abrasivos, arranhões graves e rachaduras superficiais/subsuperficiais podem ocorrer na superfície do SiC, dificultando o atendimento aos requisitos de qualidade da superfície pré-{6}}polida. Os pesquisadores usaram abrasivos de diamante em nanoescala para polimento mecânico de substratos de SiC, alcançando rugosidade superficial sub{8}}nanométrica, mas isso requer um longo tempo de processamento e alto custo. Embora os danos e a rugosidade da superfície melhorem após o polimento, os riscos ainda permanecem na superfície processada, dificultando o atendimento aos requisitos-de superfície de nível atômico para substratos.
Para obter substratos de SiC de alto-desempenho, a indústria desenvolveu inúmeras tecnologias de lapidação e polimento de precisão. Eles podem ser classificados pelo mecanismo de remoção de material em tecnologias de lapidação/polimento mecânico, que são baseadas principalmente em remoção mecânica, e tecnologias de lapidação/polimento baseadas em reação química-. A lapidação/polimento mecânico proporciona rápida remoção de material e boa qualidade superficial através da ação mecânica de abrasivos ou com auxílio de energias especiais. A lapidação/polimento baseada em reações químicas primeiro induz uma reação química na superfície do substrato para formar uma camada alterada mais suave, que é então removida por arranhões abrasivos para obter rugosidade superficial sub{6}}nanométrica. Devido às limitações da tecnologia de crescimento de cristais de SiC, é difícil obter boules ultra-grandes como acontece com o silício ou a safira. No futuro, os substratos de SiC estão migrando para dimensões maiores e formas mais finas, tornando urgente a inovação contínua de tecnologias de lapidação e polimento para fornecer caminhos técnicos para produção industrial de alta-eficiência, alta-qualidade e baixo-custo.