CBN砂輪​廠家分享半導(dǎo)體材料的作用及發(fā)展前景

　　CBN砂輪廠家認(rèn)為半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代工業(yè)整機(jī)設(shè)備的核心，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子等核心領(lǐng)域，半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)主要由四個(gè)基本部分組成：集成電路、光電器件、分立器件、傳感器，其中集成電路占到了80%以上，因此通常又將半導(dǎo)體和集成電路等價(jià)。

　　集成電路，按照產(chǎn)品種類又主要分為四大類：微處理器、存儲(chǔ)器、邏輯器件、模擬器件。然而隨著半導(dǎo)體器件應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，許多特殊場(chǎng)合要求半導(dǎo)體能夠在高溫、強(qiáng)輻射、大功率等環(huán)境下依然能夠堅(jiān)持使用、不損壞，一、二代半導(dǎo)體材料便無(wú)能為力，于是三代半導(dǎo)體材料便應(yīng)運(yùn)而生。

　　目前，以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料以更大的優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)市場(chǎng)主導(dǎo)，統(tǒng)稱三代半導(dǎo)體材料。三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度，更高的擊穿電場(chǎng)、熱導(dǎo)率、電子飽和速率及更高的抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料（禁帶寬度大于2.2eV），亦稱為高溫半導(dǎo)體材料。從目前三代半導(dǎo)體材料和器件的研究來(lái)看，較為成熟的是碳化硅和氮化鎵半導(dǎo)體材料，且碳化硅技術(shù)為成熟，而氧化鋅、金剛石、氮化鋁等材料的研究尚屬起步階段。

　　材料及其特性。碳化硅材料普遍用于陶瓷球軸承、閥門、半導(dǎo)體材料、陀螺、測(cè)量?jī)x、航空航天等領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種在很多工業(yè)領(lǐng)域不可替代的材料。

　　SiC是一種天然超晶格，又是一種典型的同質(zhì)多型體。由于Si與C雙原子層堆積序列的差異會(huì)導(dǎo)致不同的晶體結(jié)構(gòu)，有著超過(guò)200種（目前已知）同質(zhì)多型族。因此SiC非常適合用作新一代發(fā)光二極管（LED）襯底材料、大功率電力電子材料。加工工藝研究。

　　SiC的硬度僅次于金剛石，可以作為砂輪等磨具的磨料，因此對(duì)其進(jìn)行機(jī)械加工主要是利用金剛石砂輪磨削、研磨和拋光，其中金剛石砂輪磨削加工的效率高，是加工SiC的重要手段。但是SiC材料不僅具有高硬度的特點(diǎn)，高脆性、低斷裂韌性也使得其磨削加工過(guò)程中易引起材料的脆性斷裂從而在材料表面留下表面破碎層，且產(chǎn)生較為嚴(yán)重的表面與亞表層損傷，影響加工精度。因此，深入研究SiC磨削機(jī)理與亞表面損傷對(duì)于提高SiC磨削加工效率和表面質(zhì)量具有重要意義。

　　硬脆材料的研磨機(jī)理。對(duì)硬脆材料進(jìn)行研磨，磨料對(duì)其具有滾軋作用或微切削作用。磨粒作用于有凹凸和裂紋的表面上時(shí)，隨著研磨加工的進(jìn)行，在研磨載荷的作用下，部分磨粒被壓入工件，并用露出的劃刻工件的表面進(jìn)行微切削加工。另一部分磨粒在工件和研磨盤之間進(jìn)行滾動(dòng)而產(chǎn)生滾軋作用，使工件的表面形成微裂紋，裂紋延伸使工件表面形成脆性碎裂的切屑，從而達(dá)到表面去除的目的。

　　因?yàn)橛泊嗖牧系目估瓘?qiáng)度比抗壓強(qiáng)度要小，對(duì)磨粒施加載荷時(shí)，會(huì)在硬脆材料表面的拉伸應(yīng)力的大處產(chǎn)生微裂紋。當(dāng)縱橫交錯(cuò)的裂紋延伸且相互交叉時(shí)，受裂紋包圍的部分就會(huì)破碎并崩離出小碎塊。此為硬脆材料研磨時(shí)的切屑生成和表面形成的基本過(guò)程。

　　由于碳化硅材料屬于高硬脆性材料，需要采用專用的研磨液，碳化硅研磨的主要技術(shù)難點(diǎn)在于高硬度材料減薄厚度的精確測(cè)量及控制，磨削后晶圓表面出現(xiàn)損傷、微裂紋和殘余應(yīng)力，碳化硅晶圓減薄后會(huì)產(chǎn)生比碳化硅晶圓更大的翹曲現(xiàn)象。

　　碳化硅的拋光加工研究。目前碳化硅的拋光方法主要有：機(jī)械拋光、磁流變拋光、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）、電化學(xué)拋光（ECMP）、催化劑輔助拋光或催化輔助刻蝕（CACP/CARE）、摩擦化學(xué)拋光（TCP，又稱無(wú)磨料拋光）和等離子輔助拋光（PAP）等。

　　化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)是目前半導(dǎo)體加工的重要手段，也是目前能將單晶硅表面加工到原子級(jí)光滑有效的工藝方法，是能在加工過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)局部和全局平坦化的實(shí)用技術(shù)。

　　CMP的加工效率主要由工件表面的化學(xué)反應(yīng)速率決定。通過(guò)研究工藝參數(shù)對(duì)SiC材料拋光速率的影響，結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)速率和拋光壓力的影響較大；溫度和拋光液pH值的影響不大。為提高材料的拋光速率應(yīng)盡量提高轉(zhuǎn)速，雖然增加拋光壓力也可提高去除速率，但容易損壞拋光墊。

　　目前的碳化硅拋光方法存在著材料去除率低、成本高的問(wèn)題，且無(wú)磨粒研拋、催化輔助加工等加工方法，由于要求的條件苛刻、裝置操作復(fù)雜，目前仍處在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)，批量生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)可能性不大。

　　人類1905年 一次在隕石中發(fā)現(xiàn)碳化硅，現(xiàn)在主要來(lái)源于人工合成，碳化硅有許多用途，行業(yè)跨度大，可用于單晶硅、多晶硅、砷化鉀、石英晶體等、太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、壓電晶體產(chǎn)業(yè)工程性加工材料。