4H-SiCウェーハの傷つき挙動の研究

PAM-XIAMEN は、その優れた物理的および化学的特性により、高周波および高出力チップの製造に最適な高品質の単結晶 4H-SiC ウェーハを提供できます。詳細な仕様をお読みください。https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html。しかし、SiC基板は加工難易度が非常に高く、破壊靱性が低いため、従来の研磨方法では効率的かつ高品質な表面処理を実現することが困難でした。この問題を解決するために、研究者らは、4H-SiC の変形と除去のメカニズムを明らかにし、それによって製造プロセスを最適化し、表面処理品質を向上させることを目的として、SiC ウェーハのスクラッチ挙動を複数の観点から調査してきました。

1. SiCの傷発生メカニズムの解析ウエハs

Zhu Fulongの研究チームは、スクラッチングプロセス中のSiCの材料除去メカニズムに焦点を当て、体系的な実験を通じて、さまざまなスクレーパーヘッドサイズと法線荷重がSiCの表面スクラッチ形態、接線力、アコースティックエミッション信号に及ぼす影響を深く分析しています。実験結果に基づいて、SiC の引っかき挙動は次のように分類されます。

1) 高応力モード: 小型のスクレーピングヘッドと大きな負荷条件下では、非常に高い表面応力によりスクラッチの両側に不規則な亀裂が形成されます。

2) ヘルツモード: 大型スクレーパーと小さな荷重の作用下で、スクラッチ表面は滑らかで、周期的なヘルツ亀裂を生成します。

3) 準塑性モード: 垂直抗力が増加するか、スクレーパーのサイズが減少すると発生し、塑性変形を伴うスクラッチ幅の増加として現れます。

4) スタイラス故障モード: ブレードサイズが小さく、さらに負荷が増加すると、ブレード先端自体が損傷し、複数の平行な傷が発生します。

形態を図1に示します。

図 1 さまざまなモードでのスクラッチ顕微鏡写真

図 1 さまざまなモードでのスクラッチ顕微鏡写真 (c: 高応力モード、d: ヘルツモード、e: 準塑性モード、f: 高度故障モード)

実験により、ヘルツモードと準塑性モードでより優れた材料除去効果が達成できることが示されました。この研究は、傷がついたときの SiC などの硬くて脆い材料の複雑な挙動と破損モードを深く明らかにするだけでなく、より重要なことに、加工技術 (研削や研磨など) を最適化するための重要な理論的基礎を提供します。

2. スクラッチR4Hの抵抗–SiCの SイングルCクリスタル下 D遠心性のO酸化Conditions

Ban Xinxingらは、単結晶4H SiCの表面に研磨、酸化、触媒添加後の酸化という3つの前処理方法を実施し、スクラッチ実験を通じて材料の表面損傷挙動に対するそれらの制御効果を評価した。実験結果は、研磨した4H-SiCと比較して、酸化処理後の表面はスクラッチ時の脆性破壊現象が少なく、スクラッチ形態がより滑らかで平坦であることを示しています。触媒支援酸化により表面性能をさらに最適化できることは注目に値します。触媒は酸化反応速度を高めることで材料の内部亀裂の発生と伝播を効果的に抑制し、それによりより効率的で損傷の少ない表面除去効果を実現します。

表面形態に加えて、転位分布や相転移挙動など、スクラッチ領域の微細構造の進化を深く調査することは、スクラッチ挙動を完全に理解するために重要です。本研究は、4H-SiC単結晶の表面処理プロセスにおいて、酸化条件の制御（特に触媒の導入）により、表面脆化の抑制と除去効率の向上を相乗的に達成できるという新たなアイデアを提供するものである。

傷B4Hの挙動–SiCの SイングルクロムイエスタルでD遠心性のS電車R食べた

張瑞豪ら。 4H SiC材料の変形モードと除去メカニズムを解析するために、異なる引っかき速度での引っかき実験を実施し、材料の表面形態を観察し、引っかき力の変化を測定しました。研究の結果、4H-SiC ウェーハの変形モードは、引っかき傷の深さが増加するにつれて、塑性変形から脆性破壊に徐々に移行することが判明しました。さらに、スクラッチ速度は、材料の摩擦係数と除去メカニズムに大きな影響を与えます。スクラッチ速度が増加すると、摩擦係数が減少し、材料除去メカニズムは塑性変形から脆性破壊に移行します。スクラッチ速度を制御することで、材料の除去効率と加工品質のバランスを効果的に調整することができ、より効率的で洗練された加工結果を得ることができます。

SiC ウェーハが研究用または産業用アプリケーションで必要な場合は、次のアドレスまで電子メールでお問い合わせください。[email protected] と [email protected].

参考文献：

Huang, Y.、Zhou, Y.、Li, J.、Zhu, F. (2022)。スクラッチ時の炭化ケイ素の材料除去メカニズムとマルチモード機能。国際機械科学ジャーナル、235、107719。
Ban, X.、Tian, Z.、Zheng, S.、Zhu, J.、Ba, W.、Wang, N.、… & Li, Z. (2024)。さまざまな条件下で酸化した後の 4H-SiC 単結晶のスクラッチ特性。ウェア、556、205503。
Zhang, R.、Wang, B.、Liu, Z.、Jiang, L.、Cai, Y.、Song, Q. (2023)。 4H-SiCの高速スクラッチ時の材料変形と除去挙動に及ぼすひずみ速度の影響。トライボロジー・インターナショナル、187、108756。