G: Zeintzuk dira SiC oblea mozteko eta prozesatzeko erabiltzen diren teknologia nagusiak?
A:Silizio karburoa (SiC) diamantearen atzetik bigarren gogortasuna du eta material oso gogor eta hauskortzat hartzen da. Xerraketa prozesua, kristal haziak oblea meheetan moztea dakar, denbora asko eskatzen du eta txirbiltzeko joera du. Lehen urrats gisaSiCKristal bakarreko prozesamenduan, xerratzearen kalitateak eragin handia du ondorengo ehotzean, leuntzean eta mehetzean. Xerratzeak askotan gainazaleko eta azpiko pitzadurak sortzen ditu, obleen haustura-tasak eta ekoizpen-kostuak handituz. Beraz, xerratzean gainazaleko pitzaduren kaltea kontrolatzea ezinbestekoa da SiC gailuen fabrikazioa aurrera eramateko.
Gaur egun jakinarazitako SiC ebakitzeko metodoen artean, urratzaile finkoa, urratzaile askea, laser bidezko ebakidura, geruza-transferentzia (bereizketa hotza) eta deskarga elektriko bidezko ebakidura daude. Horien artean, diamantezko urratzaile finkoekin egindako hari anitzeko ebakidura errepikakorra da SiC kristal bakarreko prozesatzeko metodorik erabiliena. Hala ere, lingoteen tamaina 8 hazbetekoa edo gehiagokoa den heinean, alanbrezko zerra tradizionala ez da hain praktikoa, ekipamendu-eskaera handiak, kostuak eta eraginkortasun baxua direla eta. Premiazkoa da kostu txikiko, galera txikiko eta eraginkortasun handiko ebakitzeko teknologien erabilera.
G: Zein dira laser bidezko ebaketaren abantailak, hari anitzeko ebaketa tradizionalaren aldean?
A: Alanbrezko zerra tradizionalak mozten duSiC lingoteanorabide espezifiko batean zehar ehunka mikra lodierako xerratan. Ondoren, xerra hauek diamantezko lohiak erabiliz ehotzen dira zerra-markak eta lurpeko kalteak kentzeko, ondoren leuntze kimiko mekanikoa (CMP) egiten da planarizazio globala lortzeko, eta azkenik garbitzen dira SiC obleak lortzeko.
Hala ere, SiC-ren gogortasun eta hauskortasun handia dela eta, urrats hauek erraz sor ditzakete deformazioak, pitzadurak, haustura-tasak handitzea, ekoizpen-kostu handiagoak eta gainazaleko zimurtasun eta kutsadura handia (hautsa, hondakin-urak, etab.) eraginez. Gainera, alanbre-zerra motela da eta etekin txikia du. Kalkuluen arabera, ohiko alanbre anitzeko ebaketak % 50eko material-erabilera baino ez du lortzen, eta materialaren % 75 arte galtzen da leundu eta eho ondoren. Atzerriko ekoizpen-datu goiztiarrek adierazten zuten gutxi gorabehera 273 eguneko ekoizpen jarraitua behar izan zitekeela 10.000 oblea ekoizteko, eta hori oso denbora-tarte handia da.
Barne mailan, SiC kristalen hazkuntzako enpresa asko labeen edukiera handitzean zentratzen dira. Hala ere, ekoizpena handitzeaz gain, garrantzitsuagoa da galerak nola murriztu aztertzea, batez ere kristalen hazkuntza-errendimenduak oraindik optimoak ez direnean.
Laser bidezko ebakitzeko ekipoek material-galera nabarmen murriztu eta etekina hobetu dezakete. Adibidez, 20 mm-ko ebakitzaile bakarra erabilizSiC lingoteaAlanbre-zerra bidez 350 μm-ko lodierako 30 oblea inguru lor daitezke. Laser bidezko ebakidurak 50 oblea baino gehiago lor ditzake. Oblea 200 μm-ra murrizten bada, lingote beretik 80 oblea baino gehiago ekoiz daitezke. Alanbre-zerra 6 hazbeteko eta txikiagoak diren obleetarako asko erabiltzen den arren, 8 hazbeteko SiC lingote bat ebakitzeak 10-15 egun iraun dezake metodo tradizionalekin, goi-mailako ekipamendua behar du eta kostu handiak ditu eraginkortasun txikiarekin. Baldintza hauetan, laser bidezko ebakiduraren abantailak argi geratzen dira, 8 hazbeteko obletaetarako etorkizuneko teknologia nagusia bihurtuz.
Laser bidezko ebakekin, 8 hazbeteko oblea bakoitzeko ebakitze-denbora 20 minutu baino gutxiagokoa izan daiteke, eta oblea bakoitzeko material-galera 60 μm baino gutxiagokoa da.
Laburbilduz, hari anitzeko ebakekin alderatuta, laser bidezko ebaketako teknikak abiadura handiagoa, etekin hobea, material galera txikiagoa eta prozesamendu garbiagoa eskaintzen ditu.
G: Zeintzuk dira SiC laser bidezko ebakitzean dauden erronka tekniko nagusiak?
A: Laser bidezko ebakitze-prozesuak bi urrats nagusi ditu: laser bidezko aldaketa eta obleen bereizketa.
Laser aldaketaren muina izpien forma eta parametroen optimizazioa da. Laser potentzia, orbanaren diametroa eta eskaneatze abiadura bezalako parametroek eragina dute materialaren ablazioaren kalitatean eta ondorengo obleen bereizketaren arrakastan. Aldatutako eremuaren geometriak gainazalaren zimurtasuna eta bereizketaren zailtasuna zehazten ditu. Gainazalaren zimurtasun handiak geroagoko ehotzea zailtzen du eta materialaren galera handitzen du.
Aldaketaren ondoren, obleen bereizketa normalean zizaila-indarren bidez lortzen da, hala nola haustura hotza edo tentsio mekanikoa. Etxeko sistema batzuek ultrasoinu-transduktoreak erabiltzen dituzte bereizketarako bibrazioak eragiteko, baina horrek txirbilak eta ertz-akatsak sor ditzake, azken errendimendua murriztuz.
Bi urrats hauek berez zailak ez diren arren, kristalen kalitatearen inkoherentziak —hazkuntza-prozesu, dopaje-maila eta barne-tentsioen banaketa desberdinak direla eta— eragin handia du ebakitze-zailtasunean, etekinean eta material-galeran. Arazo-eremuak identifikatzeak eta laser bidezko eskaneatze-eremuak doitzeak ez ditu emaitzak nabarmen hobetzen.
Adopzio zabalaren gakoa hainbat fabrikatzaileren kristal-kalitate sorta zabalera egokitu daitezkeen metodo eta ekipamendu berritzaileak garatzean, prozesu-parametroak optimizatzean eta aplikazio unibertsala duten laser bidezko ebakitze-sistemak eraikitzean datza.
G: Laser bidezko ebakitzeko teknologia SiC-ez gain beste erdieroale material batzuetan aplika al daiteke?
A: Laser bidezko ebaketa-teknologia material sorta zabal batean aplikatu izan da historikoki. Erdieroaleetan, hasieran oblea zatitzeko erabili zen eta geroztik kristal bakarreko bolumen handiak zatitzeko zabaldu da.
SiC-az gain, laser bidezko ebaketa beste material gogor edo hauskor batzuetarako ere erabil daiteke, hala nola diamantea, galio nitruroa (GaN) eta galio oxidoa (Ga₂O₃). Material hauei buruzko aurretiazko ikerketek laser bidezko ebaketaren bideragarritasuna eta abantailak frogatu dituzte erdieroaleen aplikazioetarako.
G: Ba al dago gaur egun etxeko laser bidezko ebaketa-ekipo heldurik? Zein fasetan dago zuen ikerketa?
A: Diametro handiko SiC laser bidezko ebakitzeko ekipoak 8 hazbeteko SiC obleen ekoizpenaren etorkizunerako funtsezko ekipotzat hartzen dira. Gaur egun, Japoniak bakarrik eman ditzake sistema horiek, eta garestiak dira eta esportazio murrizketen menpe daude.
Laser bidezko ebakitzeko/mehetzeko sistemen barne-eskaria 1.000 unitate ingurukoa dela kalkulatzen da, SiC ekoizpen-planetan eta alanbre-zerra egiteko ahalmenean oinarrituta. Bertako enpresa handiek inbertsio handiak egin dituzte garapenean, baina oraindik ez da etxeko ekipamendu heldu eta komertzialki eskuragarri dagoenik industria-hedapenera iritsi.
Ikerketa taldeek 2001az geroztik laser bidezko altxatze-teknologia jabeduna garatzen ari dira eta orain diametro handiko SiC laser bidezko ebakidura eta mehetzera zabaldu dute. Prototipo-sistema eta ebakidura-prozesuak garatu dituzte, honako hauek egiteko gai direnak: 4-6 hazbeteko SiC erdi-isolatzaileak moztu eta mehetzea 6-8 hazbeteko SiC eroalezko lingoteak ebakitzea Errendimendu-erreferentziak: 6-8 hazbeteko SiC erdi-isolatzailea: ebakidura-denbora 10-15 minutu/oblea; material-galera <30 μm 6-8 hazbeteko SiC eroalea: ebakidura-denbora 14-20 minutu/oblea; material-galera <60 μm
Kalkulatutako oblearen etekina % 50 baino gehiago handitu da
Mozketaren ondoren, obleak geometriari buruzko estandar nazionalak betetzen dituzte eho eta leundu ondoren. Ikerketek ere erakusten dute laserrak eragindako efektu termikoek ez dutela eragin nabarmenik obleen tentsioan edo geometrian.
Ekipamendu bera erabili da diamantezko, GaN eta Ga₂O₃ kristal bakarreko ebakiduraren bideragarritasuna egiaztatzeko ere.
Argitaratze data: 2025eko maiatzaren 23a