SiC 单晶片高效精密加工机理的仿真与实验研究.pdf

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1、第43卷第3期人工晶体学报Vo1．43No．32014年3月JOURNAL0FSYNTHEnCCRYSTALSMarch．2014SiC单晶片高效精密加工机理的仿真与实验研究肖强，何雪莉(1．西安工业大学机电工程学院，西安710032；2．陕西师范大学计算机科学学院，西安710062)摘要：SiC单晶作为理想的半导体材料，其特有晶体结构及高的材料硬脆性使其精密加工过程成为难点。本文基于SiC单晶材料去除机理，通过有限元方法对材料去除方式及应力进行了仿真及实验验证。仿真与实验的结果表明，基于超声复合研磨加工SiC单晶片，粗糙度降低达50％，材料去除率提高达100％。关键词

2、：SiC单晶片；表面粗糙度；材料去除率中图分类号：073文献标识码：A文章编号：1000-985X(2014)03-0693-05SimulationAnalysisandExperimentalResearchofHighEficiencyandLowDamageProcessingMechanismforSiCSingleCrystalChipXIAOQiang，HEXue．1i(1．SchoolofMechanicalandElectronicEngineering，XihnTechnologicalUniversity，Xihn710032，China2．Sch

3、oolofComputerScience，Shaan~NormalUniversity，Xihn710062，China)(Received12November2013，accepted24December2013)Abstract：SiCsinglecrystalchiphasbeenrecognizedasanidealsemiconductormaterialforvariousapplications．However，owingtoitshighhardnessandbrittleness，itisdifficulttoprocessmechanicallySi

4、Csinglecrystalsubstrates．Inthispaper，basedonthestudyofthematerialremovalmechanismofSiCsinglecrystal，theprocessofultrasoniclappingandthematerialremovalmechanismofmaterialweresimulatedbythenonlinearfiniteelementprogramLs-dyna．Then，ase~esofexperimentsarecarriedouttodemonstratethevalidityofs

5、imulation．Thesimulationandexperimentsresultsshowthatcomparedwithconventionallapping，ultrasoniclappingdecreasessurfaceroughnessbyabout50％andincreasematerialremovalrateby100％．Keywords：SiCsinglecrystalchip；surfaceroughness；materialremovalrate1引言SiC单晶片是继Ge和sj等第一代半导体材料、GaAs、InP等第二代半导体材料发展起来的第

6、三代半导体材料，因为它具有宽禁带、高击穿电场强度、高热导率、热稳定性好、高饱和漂移速度等特点，在高频、高温、抗辐射、大功率、光电子等领域优势非常明显[，目前，SiC单晶片基器件己成为国际上研究的一个热点。然而作为典型的难加工材料，SiC单晶片的高效低损伤加工技术成为阻碍其工业应用的主要障碍，目前还没有非常成熟的高效低损伤加工工艺，突出表现在加工效率低、表面质量不稳定等问题。因此，SiC单晶收稿日期：2013—11-12；修订日期：2013—12-24基金项目：陕西省教育厅项目资助(12JK0664)；陕西省特种加工重点实验室资助(13JS044)；陕西省薄膜技术与光学检

7、测重点实验室访问学者专项计划项目；陕西省特种加工重点实验室开放基金资助项目；校长基金项目(XAGDXJJ1007)作者简介：肖强(1976一)，男，吉林省人，博士，副教授。E-mail：jeff_1976@163．com人工晶体学报第43卷图5为SiC晶体在普通研磨和超声研磨表面的SEM形貌照片对比图。图中可以看出，研磨片表面质量明显不同。普通研磨(图5a)表面较粗糙，局部沟槽较深，而超声研磨(图5b)时，研磨片表面较为平整光洁，没有明显沟槽及凸起，这与不加超声研磨的表面的几何特征明显不同。在普通研磨磨与超声复合研磨后，同时分别测试普通研