El carburo de silicio (SiC), una piedra angular de la tercera-generación de semiconductores de banda prohibida-amplia, está remodelando el panorama de los dispositivos de energía en vehículos de nueva energía, comunicaciones 5G, transporte ferroviario y más, gracias a sus propiedades excepcionales-banda prohibida amplia, campo de ruptura crítico alto y conductividad térmica superior. Sin embargo, su extrema dureza Mohs de 9,2 a 9,3 y su pronunciada inercia química hacen que el procesamiento de obleas sea un cuello de botella crítico que afecta directamente el rendimiento y el rendimiento del dispositivo, presentando un notoriamente "duro de roer". En el pulido fino de oblea convencional, los abrasivos de sílice coloidal (SiO₂), aunque capaces de ofrecer una rugosidad superficial ultra-baja, son mucho más suaves que el SiC y, por lo tanto, presentan tasas de eliminación de material extremadamente bajas. Los abrasivos de diamante, por otro lado, son demasiado "agresivos" y a menudo dejan rayones profundos y daños subsuperficiales. En consecuencia, la alúmina (Al₂O₃), con su dureza adecuada y propiedades fisicoquímicas estables, se ha convertido en un candidato líder para los abrasivos de pulido fino de SiC. En particular, la alúmina a escala de cien-nanómetros- (100-150 nm) se está convirtiendo en el caballo de batalla en las suspensiones de pulido mecánico-químico (SiC CMP) de alta-solución, ya que logra un equilibrio ideal entre la capacidad de eliminación mecánica y el control de defectos superficiales.
¿Por qué alúmina a escala de cien{0}}nanómetros-?
The choice of abrasive particle size is fundamentally governed by the trade-off between removal efficiency and surface quality. Micron-sized abrasives (>1 μm) puede ofrecer tasas de eliminación mecánica más altas, pero tiende a causar defectos fatales, como rayones profundos y hoyos en la superficie de la oblea, lo que no cumple con el estricto requisito de planaridad de escala atómica-. Los abrasivos más finos, por el contrario, son propensos a aglomerarse y carecen de fuerza de corte suficiente, lo que provoca una caída drástica en la eficiencia del pulido y lucha por superar la barrera de alta dureza del SiC. Los abrasivos de alúmina de cien-nanómetros, por el contrario, poseen el impulso adecuado para realizar un rectificado mecánico eficaz. Además, con un control de morfología adecuado, pueden facilitar la "abrasión por rodadura" bajo la presión de la almohadilla de pulido, minimizando así el riesgo de rayado a un nivel manejable. Este rango de tamaño de partículas se ha convertido gradualmente en la vía técnica principal para las lechadas de pulido fino de SiC de última generación---.
Por supuesto, más allá del tamaño de las partículas, el pulido fino de SiC impone los siguientes requisitos adicionales a los abrasivos:
(1) Distribución del tamaño de partículas:Para la alúmina de cien-nanómetros, la monodispersidad no es menos crítica que el valor absoluto del tamaño promedio de partícula. Incluso si el diámetro medio se controla dentro del rango de cien-nanómetros, una distribución de tamaño amplia no solo compromete la uniformidad del pulido sino que también permite que las partículas más grandes induzcan rayones profundos durante el pulido, lo que conduce directamente a la chatarra.
(2) Morfología:Es muy probable que las partículas de alúmina de forma irregular (p. ej., plaquetas, agujas o fragmentos angulares) rasguen la superficie de la oblea y generen rayones durante el pulido. Por el contrario, las partículas esféricas o casi-esféricas tienden a participar en la eliminación del material al rodar entre la almohadilla de pulido y la oblea, dispersando eficazmente las fuerzas de corte y reduciendo notablemente la densidad de los defectos.
(3) Fase cristalina:La alúmina existe en múltiples fases cristalinas ( , δ, θ, , etc.), entre las cuales -Al₂O₃ es la fase termodinámicamente más estable y también la más dura (dureza Mohs 9) y la más químicamente inerte. Durante CMP, la alúmina en fase - proporciona una acción de corte mecánica sostenida y estable sin sufrir reacciones incontroladas con los medios ácidos o alcalinos que se encuentran comúnmente en las lechadas de pulido.
(4) Pureza ultra-alta:Las impurezas metálicas deben controlarse a niveles excepcionalmente bajos; de lo contrario, corren el riesgo de contaminar la oblea y degradar el rendimiento del dispositivo.