सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) क्रिस्टल सामग्री एक प्रतिनिधि तीसरी पीढ़ी का अर्धचालक है। पहली पीढ़ी के मौलिक अर्धचालकों और दूसरी पीढ़ी के यौगिक अर्धचालकों की तुलना में, SiC में व्यापक बैंडगैप, उच्च इलेक्ट्रॉन बहाव वेग, उच्च महत्वपूर्ण ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र की ताकत, कम ढांकता हुआ स्थिरांक, उच्च तापीय चालकता और बेहतर रासायनिक जड़ता के साथ कम तापीय विस्तार गुणांक सहित उत्कृष्ट भौतिक गुण हैं। इन फायदों के कारण SiC जैसी व्यापक बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री उच्च तापमान, उच्च आवृत्ति, उच्च शक्ति और विकिरण प्रतिरोध वाली चरम स्थितियों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। उच्च प्रदर्शन वाले माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए सब्सट्रेट वेफर्स के रूप में, प्रसंस्करण के बाद SiC सब्सट्रेट की सतह और उपसतह गुणवत्ता डिवाइस के प्रदर्शन को गंभीर रूप से प्रभावित करती है। इसलिए, प्रसंस्करण को न केवल उच्च रूप सटीकता और नैनोमीटर से कम खुरदरापन प्राप्त करना चाहिए, बल्कि सतह और उपसतह क्षति से भी बचना चाहिए।
SiC सब्सट्रेट निर्माण में पीसना एक मुख्य प्रक्रिया है। इसका मुख्य कार्य तार काटने से उत्पन्न केर्फ़ के निशान और उपसतह क्षति परत को खत्म करना और सतह की खुरदरापन और फॉर्म सटीकता को अनुकूलित करना है। यह प्रक्रिया पूरे निर्माण प्रवाह में कुल सामग्री हटाने का 70% हिस्सा है, और पीसने की गुणवत्ता सीधे बाद की पॉलिशिंग की कठिनाई और दक्षता को प्रभावित करती है। SiC जैसी कठोर और भंगुर सामग्री के लिए, अपघर्षक पीसना मुख्यधारा की सामग्री हटाने की विधि है, जिसे मुख्य रूप से ढीले अपघर्षक पीस और स्थिर अपघर्षक पीस में विभाजित किया गया है। मूल सिद्धांत यह है कि सब्सट्रेट सतह पर अपघर्षक अनाजों की रोलिंग और सूक्ष्म {5} काटने की क्रियाओं के माध्यम से, घनी सूक्ष्म दरारें उत्पन्न होती हैं; दरारें फैलती हैं और एक-दूसरे को काटती हैं, जिससे सामग्री बिखर जाती है और इस प्रकार कुशल निष्कासन होता है।
SiC सामग्रियों की ढीली अपघर्षक ग्राइंडिंग
ढीला अपघर्षक पीसना एक तीन -बॉडी निष्कासन प्रक्रिया है, जहां लैपिंग प्लेट, अपघर्षक अनाज और सब्सट्रेट की संयुक्त क्रिया के माध्यम से सामग्री को हटाया जाता है। पीसने के दौरान, अपघर्षक कण सब्सट्रेट सतह पर बेतरतीब ढंग से वितरित होते हैं। दानों को सतह पर दबाने के लिए दबाव डाला जाता है, और जैसे ही लैपिंग प्लेट घूमती है, दाने सब्सट्रेट सतह पर लुढ़क जाते हैं, जिससे सतह की सामग्री लुढ़क जाती है। शोधकर्ताओं ने SiC को संसाधित करने के लिए विभिन्न अपघर्षक पदार्थों का उपयोग किया है और पाया है कि हीरा अपघर्षक अच्छी सामग्री हटाने की दर प्रदान करते हैं। यू एट अल. लैपिंग के बाद SiC की सतह रूप सटीकता में महत्वपूर्ण सुधार देखा गया। पैन एट अल. SiC सब्सट्रेट्स को पीसने के लिए डायमंड ग्राइंडिंग व्हील्स का उपयोग किया गया, जिससे सतह खुरदरापन Ra=12 एनएम और 3 µm से कम की कुल वेफर मोटाई भिन्नता प्राप्त हुई।
SiC सामग्रियों की निश्चित अपघर्षक ग्राइंडिंग
स्थिर अपघर्षक ग्राइंडिंग एक दो-आयामी निष्कासन प्रक्रिया है, जहां सब्सट्रेट सतह का सटीक प्रसंस्करण अपघर्षक अनाज और सब्सट्रेट के बीच बातचीत के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। चूँकि अपघर्षक कण लैपिंग प्लेट पर लगे होते हैं, वे ढीले अपघर्षक पीसने की तरह लुढ़क नहीं सकते। इसके बजाय, जैसे-जैसे लैपिंग प्लेट घूमती है, अनाज सब्सट्रेट सतह पर जुताई और सूक्ष्म काटने की क्रिया करते हैं, जिससे सतह की सामग्री हट जाती है। स्थिर अपघर्षक पीसने, निश्चित अपघर्षक लैपिंग प्लेटों या पीसने वाले पहियों का उपयोग करके, प्रभावी ढंग से अपघर्षक उपयोग में सुधार कर सकते हैं। हालाँकि, अपघर्षक दानों की असंगत उभार ऊँचाई के कारण, SiC सतह पर गंभीर खरोंचें और सतह/उपसतह दरारें हो सकती हैं, जिससे पॉलिशिंग से पहले सतह की गुणवत्ता की आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल हो जाता है। शोधकर्ताओं ने SiC सबस्ट्रेट्स की यांत्रिक पॉलिशिंग के लिए नैनोस्केल डायमंड अपघर्षक का उपयोग किया है, जिससे नैनोमीटर से कम सतह खुरदरापन प्राप्त होता है, लेकिन इसके लिए लंबे प्रसंस्करण समय और उच्च लागत की आवश्यकता होती है। यद्यपि पॉलिश करने के बाद सतह की क्षति और खुरदरापन में सुधार होता है, फिर भी संसाधित सतह पर खरोंचें बनी रहती हैं, जिससे सब्सट्रेट के लिए परमाणु स्तर की सतह आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल हो जाता है।
उच्च प्रदर्शन वाले SiC सब्सट्रेट प्राप्त करने के लिए, उद्योग ने कई सटीक लैपिंग और पॉलिशिंग तकनीकें विकसित की हैं। इन्हें सामग्री निष्कासन तंत्र द्वारा यांत्रिक लैपिंग/पॉलिशिंग प्रौद्योगिकियों में वर्गीकृत किया जा सकता है, जो मुख्य रूप से यांत्रिक निष्कासन और रासायनिक प्रतिक्रिया आधारित लैपिंग/पॉलिशिंग प्रौद्योगिकियों पर आधारित हैं। यांत्रिक लैपिंग/पॉलिशिंग अपघर्षक की यांत्रिक क्रिया के माध्यम से या विशेष ऊर्जा की सहायता से सामग्री को तेजी से हटाने और अच्छी सतह की गुणवत्ता प्राप्त करती है। रासायनिक प्रतिक्रिया आधारित लैपिंग/पॉलिशिंग पहले एक नरम परिवर्तित परत बनाने के लिए सब्सट्रेट सतह पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया उत्पन्न करती है, जिसे बाद में उप-नैनोमीटर सतह खुरदरापन प्राप्त करने के लिए अपघर्षक खरोंच द्वारा हटा दिया जाता है। SiC क्रिस्टल विकास प्रौद्योगिकी में सीमाओं के कारण, सिलिकॉन या नीलमणि के साथ अल्ट्रा - बड़े गुलदस्ते प्राप्त करना मुश्किल है। भविष्य में, SiC सबस्ट्रेट्स बड़े आयामों और पतले रूपों की ओर बढ़ रहे हैं, जिससे उच्च दक्षता, उच्च गुणवत्ता और कम लागत वाले औद्योगिक उत्पादन के लिए तकनीकी मार्ग प्रदान करने के लिए लैपिंग और पॉलिशिंग प्रौद्योगिकियों को लगातार नवीनीकृत करना जरूरी हो गया है।