جزئیات وبلاگ

کربید سیلیکون (SiC) نه تنها یک ماده استراتژیک حیاتی برای دفاع ملی است، بلکه یک فناوری سنگ بنا برای صنایع خودرو و انرژی جهانی نیز محسوب می‌شود. اولین گام در تولید ویفرهای SiC، برش شمش‌های SiC رشد یافته به صورت حجمی به ویفرهای نازک است. کیفیت این فرآیند برش مستقیماً راندمان و بازده مراحل نازک‌سازی و پولیش بعدی را تعیین می‌کند. با این حال، روش‌های برش سنتی اغلب باعث ایجاد ترک‌هایی روی سطح و زیر سطح ویفر می‌شوند که نرخ شکست ویفر را افزایش داده و هزینه‌های تولید را بالا می‌برد. بنابراین، به حداقل رساندن آسیب سطح در حین برش برای پیشبرد فناوری‌های تولید دستگاه‌های SiC حیاتی است.

در حال حاضر، برش ویفرهای SiC با دو چالش عمده روبرو است:

1. افت مواد زیاد با اره‌های چند سیم سنتی.
   به دلیل سختی و شکنندگی شدید SiC، اره‌کاری و پولیش از نظر فنی دشوار است و اغلب منجر به تاب خوردگی شدید ویفر، ترک‌ها و اتلاف بیش از حد مواد می‌شود. طبق داده‌های Infineon، روش‌های اره‌کاری با سیم الماس رفت و برگشتی سنتی تنها حدود 50٪ استفاده از مواد را در مرحله برش به دست می‌آورند. پس از سنگ زنی و پولیش، بازده مؤثر می‌تواند تا 75٪ کاهش یابد (با اتلاف کل حدود 250 میکرومتر در هر ویفر)، که سهم نسبتاً کمی از ویفرهای قابل استفاده را باقی می‌گذارد.

2. چرخه‌های پردازش طولانی و توان عملیاتی کم.
   آمار تولید بین‌المللی نشان می‌دهد که تحت عملیات 24 ساعته مداوم، تولید 10000 ویفر تقریباً 273 روز طول می‌کشد. بنابراین، پاسخگویی به تقاضای بازار با فناوری اره سیمی نیازمند تعداد زیادی ماشین و مواد مصرفی است. علاوه بر این، این روش منجر به زبری سطح ضعیف، آلودگی قابل توجه و بارهای سنگین زیست محیطی (گرد و غبار، فاضلاب و غیره) می‌شود.

برای مقابله با این چالش‌ها، تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور ژیو شیانگ‌کیان در دانشگاه نانجینگ،تجهیزات برش لیزری SiC با قطر بزرگرا توسعه داده است. با استفاده از تکنیک‌های برش لیزری پیشرفته، این سیستم اتلاف مواد را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و در عین حال توان عملیاتی را به طرز چشمگیری بهبود می‌بخشد. به عنوان مثال، هنگام پردازش یک شمش SiC 20 میلی‌متری، تعداد ویفرهای تولید شده با برش لیزری بیش ازدو برابرمقدار به دست آمده توسط اره سیمی سنتی است. علاوه بر این، ویفرهای برش لیزری خواص هندسی برتری را نشان می‌دهند و ضخامت ویفر را می‌توان تا 200 میکرومتر کاهش داد که باعث افزایش بیشتر بازده در هر شمش می‌شود.

مزیت رقابتی این پروژه در بلوغ فناوری آن نهفته است. نمونه اولیه تجهیزات برش لیزری در مقیاس بزرگ قبلاً توسعه یافته و با موفقیت در موارد زیر نشان داده شده است:

• برش و نازک‌سازیویفرهای SiC نیمه عایق 4 تا 6 اینچی

• برششمش‌های SiC رسانای 6 اینچی

• اعتبارسنجی مداوم برایبرش شمش SiC 8 اینچی

این سیستم چرخه‌های برش کوتاه‌تر، خروجی سالانه ویفر بالاتر و اتلاف مواد کمتر در هر ویفر را ارائه می‌دهد و بیش از50٪ بهبود در بازدهرا در مقایسه با روش‌های سنتی به دست می‌آورد.

از منظر بازار، تجهیزات برش لیزری SiC با قطر بزرگ قرار است بهفناوری اصلی برای تولید ویفرهای SiC 8 اینچیتبدیل شود. در حال حاضر، چنین تجهیزاتی تقریباً منحصراً از ژاپن وارد می‌شود که هزینه‌های بالایی دارد و محدودیت‌های صادراتی احتمالی دارد. پیش‌بینی می‌شود تقاضای داخلی برای تجهیزات برش/نازک‌سازی لیزری از1000 واحدفراتر رود، اما امروزه هیچ تامین‌کننده داخلی بالغی وجود ندارد. بنابراین، سیستم توسعه‌یافته دانشگاه نانجینگ پتانسیل بازار قابل توجه و ارزش اقتصادی عظیمی دارد.

فراتر از SiC، این پلتفرم برش لیزری را می‌توان به سایر مواد پیشرفته نیمه‌رسانا و نوری، از جمله نیترید گالیوم (GaN)، اکسید گالیوم (Ga₂O₃) و الماس مصنوعی نیز گسترش داد و کاربرد صنعتی آن را بیشتر گسترش داد.