جزئیات وبلاگ

کربید سیلیکون (SiC) نه تنها یک فناوری حیاتی برای امنیت دفاع ملی است، بلکه یک ماده کلیدی است که پیشرفت‌ها را در صنایع جهانی خودرو و انرژی هدایت می‌کند. در زنجیره پردازش تک کریستال‌های SiC، برش شمش رشد یافته به ویفرها اولین گام است و عملکرد این مرحله برش، کارایی و کیفیت فرآیندهای نازک‌سازی و پولیش بعدی را تعیین می‌کند. با این حال، برش ویفر اغلب باعث ایجاد ترک‌های سطحی و زیرسطحی می‌شود که به طور قابل توجهی نرخ شکست ویفر و هزینه‌های کلی تولید را افزایش می‌دهد. بنابراین، کنترل آسیب ترک‌های سطحی در حین برش برای پیشرفت تولید دستگاه‌های SiC از اهمیت بالایی برخوردار است.

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

1. افت مواد زیاد در اره چند سیم سنتی
   SiC یک ماده فوق‌العاده سخت و شکننده است که برش و پولیش را بسیار چالش‌برانگیز می‌کند. اره چند سیم معمولی اغلب منجر به کمانش، تاب برداشتن و ترک خوردن شدید در حین پردازش می‌شود که منجر به از دست رفتن مواد قابل توجهی می‌شود. طبق داده‌های Infineon، تحت روش اره سیم الماسی ساینده ثابت رفت و برگشتی سنتی، میزان استفاده از مواد در حین برش تنها حدود 50٪ است. پس از سنگ زنی و پولیش بعدی، تلفات تجمعی می‌تواند به 75٪ (حدود 250 میکرومتر در هر ویفر) برسد و بخش قابل استفاده بسیار محدودی باقی بماند.

​

1. چرخه پردازش طولانی و توان عملیاتی کم
   داده‌های تولید بین‌المللی نشان می‌دهد که با 24 ساعت کار مداوم، تولید 10000 ویفر تقریباً 273 روز طول می‌کشد. برای پاسخگویی به تقاضای بازار، مقادیر زیادی تجهیزات اره سیمی و مواد مصرفی مورد نیاز است. علاوه بر این، اره چند سیم، زبری سطح/رابط بالایی را ایجاد می‌کند و باعث ایجاد مشکلات جدی آلودگی مانند گرد و غبار و فاضلاب می‌شود.

برای مقابله با این چالش‌های حیاتی، تیم تحقیقاتی پروفسور شیانگ‌کیان شیو از دانشگاه نانجینگ، تجهیزات برش لیزری SiC در مقیاس بزرگ را توسعه داده است. این فناوری نوآورانه از برش لیزری به جای اره سیمی استفاده می‌کند و به طور قابل توجهی تلفات مواد را کاهش می‌دهد و راندمان تولید را افزایش می‌دهد. به عنوان مثال، با استفاده از یک شمش SiC 20 میلی‌متری، تعداد ویفرهای تولید شده توسط برش لیزری بیش از دو برابر اره سیمی معمولی است. علاوه بر این، ویفرهای برش خورده توسط لیزر، خواص هندسی برتری را نشان می‌دهند، با ضخامت تک ویفر که به 200 میکرومتر کاهش یافته است و خروجی ویفر را بیشتر افزایش می‌دهد.

مزایای رقابتی
این پروژه با موفقیت توسعه یک سیستم برش لیزری نمونه اولیه با اندازه بزرگ را تکمیل کرده است و به برش و نازک‌سازی ویفرهای SiC نیمه عایق 4 تا 6 اینچی و همچنین شمش‌های SiC رسانای 6 اینچی دست یافته است. اعتبارسنجی برای برش شمش SiC 8 اینچی در حال انجام است. این تجهیزات مزایای متعددی از جمله زمان برش کوتاه‌تر، خروجی سالانه ویفر بالاتر و افت مواد کمتر در هر ویفر را ارائه می‌دهد، با بهبود بازده کلی تولید بیش از 50٪.

چشم‌انداز بازار
انتظار می‌رود تجهیزات برش لیزری SiC در مقیاس بزرگ به ابزار اصلی برای پردازش شمش SiC 8 اینچی در آینده تبدیل شود. در حال حاضر، این تجهیزات به شدت به واردات از ژاپن متکی هستند که نه تنها گران هستند، بلکه مشمول محدودیت‌های صادراتی نیز می‌شوند. تقاضای داخلی برای تجهیزات برش و نازک‌سازی لیزری SiC بیش از 1000 واحد است، اما هیچ راه‌حل داخلی بالغی به صورت تجاری در دسترس نیست. بنابراین، تجهیزات برش لیزری SiC در مقیاس بزرگ که توسط دانشگاه نانجینگ توسعه یافته است، پتانسیل بازار و ارزش اقتصادی فوق‌العاده‌ای دارد.

فراتر از کاربردهای SiC، این سیستم برش لیزری می‌تواند برای مواد پیشرفته دیگری مانند نیترید گالیوم (GaN)، اکسید گالیوم (Ga₂O₃) و الماس نیز اعمال شود و چشم‌انداز کاربرد صنعتی آن را گسترش دهد.