Kristalni materijal silicijum karbida (SiC) je reprezentativan poluprovodnik treće -generacije. U poređenju sa elementarnim poluvodičima prve{2}}generacije i složenim poluvodičima druge-generacije, SiC posjeduje izvrsna fizička svojstva uključujući širok pojas, veliku brzinu drifta elektrona, visoku jačinu električnog polja kritičnog proboja, nisku dielektričnu konstantu, visoku toplotnu provodljivost i nizak koeficijent termičkog širenja, zajedno sa superiornim hemijskim sastavom. Ove prednosti čine da se poluvodički materijali sa -širokim pojasnim razmakom kao što je SiC široko koriste u ekstremnim uslovima koji uključuju visoku temperaturu, visoku frekvenciju, veliku snagu i otpornost na zračenje. Kao pločice supstrata za mikroelektronske i optoelektronske uređaje visokih{7}}performansi, kvalitet površine i površine SiC supstrata nakon obrade kritično utiče na performanse uređaja. Stoga obrada ne samo da mora postići visoku tačnost oblika i sub{9}}nanometarsku hrapavost, već i izbjeći površinska i podzemna oštećenja.
Brušenje je osnovni proces u proizvodnji SiC supstrata. Njegove glavne funkcije su uklanjanje tragova ureza i podzemnog sloja oštećenja nastalih piljenjem žice, te optimizacija hrapavosti površine i preciznosti oblika. Ovaj proces čini 70% ukupnog uklanjanja materijala u cijelom toku izrade, a kvalitet brušenja direktno utječe na težinu i efikasnost naknadnog poliranja. Za tvrde i krhke materijale kao što je SiC, abrazivno brušenje je glavna metoda uklanjanja materijala, koja se uglavnom dijeli na labavo abrazivno brušenje i fiksno abrazivno brušenje. Osnovni princip je da se valjanjem i mikro{5}}djelovanjem abrazivnih zrnaca na površini podloge stvaraju guste mikro{6}}pukotine; pukotine se šire i ukrštaju, što dovodi do lomljenja materijala i na taj način efikasnog uklanjanja.
Labavo abrazivno brušenje SiC materijala
Labavo abrazivno brušenje je proces uklanjanja s tri-tijela, gdje se uklanjanje materijala postiže kombinovanim djelovanjem ploče za prevlačenje, abrazivnih zrnaca i podloge. Tokom brušenja, abrazivna zrna su nasumično raspoređena po površini podloge. Pritisak se primjenjuje da se zrna utisnu u površinu, a kako se ploča za preklapanje rotira, zrna se kotrljaju po površini podloge, uzrokujući kotrljajuće uklanjanje površinskog materijala. Istraživači su koristili različite abrazive za obradu SiC i otkrili da dijamantski abrazivi nude dobru brzinu uklanjanja materijala. Yu et al. uočeno značajno poboljšanje u tačnosti oblika površine SiC nakon preklapanja. Pan et al. koristio dijamantske brusne ploče za mljevenje SiC supstrata, postižući hrapavost površine Ra=12 nm i ukupnu varijaciju debljine pločice manju od 3 µm.
Fiksno abrazivno brušenje SiC materijala
Fiksno abrazivno brušenje je proces uklanjanja dva-tijela, gdje se precizna obrada površine podloge postiže interakcijom između abrazivnih zrnaca i podloge. Budući da su abrazivna zrna fiksirana na ploči za prelivanje, ne mogu se kotrljati kao kod labavog abrazivnog brušenja. Umjesto toga, kako se ploča za lepljenje rotira, zrna vrše radnje oranja i mikro-rezivanja na površini podloge, čime se uklanja površinski materijal. Fiksno abrazivno brušenje, korištenjem fiksnih abrazivnih ploča ili brusnih ploča, može efikasno poboljšati korištenje abraziva. Međutim, zbog nedosljednih visina izbočenja abrazivnih zrna, na površini SiC mogu doći do ozbiljnih ogrebotina i površinskih/podpovršinskih pukotina, što otežava ispunjavanje zahtjeva za kvalitetom površine prije -poliranja. Istraživači su koristili dijamantske abrazive nanorazmjera za mehaničko poliranje SiC supstrata, postižući sub{8}}nanometarsku hrapavost površine, ali to zahtijeva dugo vrijeme obrade i visoku cijenu. Iako se oštećenje i hrapavost površine poboljšavaju nakon poliranja, ogrebotine i dalje ostaju na obrađenoj površini, što otežava ispunjavanje zahtjeva atomskog{10}}nivoa površine za podloge.
Da bi se dobile SiC podloge visokih-podloga, industrija je razvila brojne precizne tehnologije lepljenja i poliranja. One se mogu klasificirati prema mehanizmu uklanjanja materijala u tehnologije mehaničkog lapiranja/poliranja, koje se uglavnom zasnivaju na mehaničkom uklanjanju, i tehnologije ljepljenja/poliranja zasnovane na hemijskim reakcijama-. Mehaničkim lapiranjem/poliranjem postiže se brzo uklanjanje materijala i dobar kvalitet površine mehaničkim djelovanjem abraziva ili uz pomoć posebne energije. Lapiranje/poliranje zasnovano na hemijskoj reakciji-prvo izaziva hemijsku reakciju na površini podloge kako bi se formirao mekši izmenjeni sloj, koji se zatim uklanja abrazivnim grebanjem da bi se dobila pod-nanometarska hrapavost površine. Zbog ograničenja u tehnologiji rasta SiC kristala, teško je dobiti ultra-velike boule kao sa silicijumom ili safirom. U budućnosti, SiC supstrati se kreću prema većim dimenzijama i tanjim oblicima, zbog čega je hitno potrebno kontinuirano inovirati tehnologije prelivanja i poliranja kako bi se obezbijedili tehnički putevi za visoku{10}}efikasnost, visok-kvalitet i nisku{12}}industrijsku proizvodnju.