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河南首块8英寸sic单晶出炉!

变频器世界 2024年第2期27卷 45-45页

2月6日,平煤神马集团碳化硅半导体粉体验证线传来喜讯——实验室成功生长出河南省第一块8英寸碳化硅单晶,全面验证了中宜创芯公司碳化硅半导体粉体在长晶方面的独特优势。据介绍,中宜创芯是国内最大的碳化硅粉体研发、生产和销售企业,... 详细信息

2月6日,平煤神马集团碳化硅半导体粉体验证线传来喜讯——实验室成功生长出河南省第一块8英寸碳化硅单晶,全面验证了中宜创芯公司碳化硅半导体粉体在长晶方面的独特优势。据介绍,中宜创芯是国内最大的碳化硅粉体研发、生产和销售企业,是由中国平煤神马控股集团和平顶山发展投资控股集团共同出资设立的合资公司,主要是以电子级高纯碳化硅粉体和碳化硅衬底的生产和经营业务。

关键词：投资控股集团 sic单晶碳化硅衬底生产和经营合资公司独特优势平煤神马集团河南省

sic单晶超声辅助电解液等离子体抛光仿真及实验研究

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SiC单晶超声辅助电解液等离子体抛光仿真及实验研究

作者：张晨西安理工大学

学位级别：硕士

碳化硅(sic)单晶作为目前最常见的第三代半导体之一,因具有耐高温、耐磨损、热导性好等优异的物理性能而被广泛应用在电器元件和大功率器件等领域的生产制造中。但sic具有很强的化学惰性和超高的硬度与脆性,属于典型的难加工材料。作为... 详细信息

碳化硅(sic)单晶作为目前最常见的第三代半导体之一,因具有耐高温、耐磨损、热导性好等优异的物理性能而被广泛应用在电器元件和大功率器件等领域的生产制造中。但sic具有很强的化学惰性和超高的硬度与脆性,属于典型的难加工材料。作为核心元件的衬底材料,通常对碳化硅的表面质量要求极高。目前工业中普遍使用的方法包括化学机械抛光、电化学机械抛光、催化剂蚀刻等,但都存在一定的缺陷。因此针对sic单晶的表面抛光方法研究显得尤为重要。本文基于气体放电理论与超声波效应,结合超声振动辅助方法与常规的电解液等离子体氧化方法,提出了超声辅助电解液等离子体抛光方法,旨在对现有的抛光技术进行优化改进,在实现sic单晶纳米级无损伤光滑表面的基础上提高抛光效率。本文分析了电解液等离子体氧化机理与氧化层机械去除的作用机制,从超声波在传播时产生的空化效应、热效应、化学效应以及机械效应进行分析,验证了超声振动辅助在sic单晶氧化过程中的增效作用。使用COMSOL Multiphysics软件对sic单晶超声辅助电解液等离子体氧化过程仿真模拟,建立了相应的二维系统模型并设定相关边界条件,得到了氧化后的电流密度、氧化效率、材料去除率和表面粗糙度等仿真数据。对仿真结果进行了分析,研究了氧化时间与电压对氧化过程的影响规律。使用分子动力学软件LAMMPS对氧化层机械去除过程进行仿真模拟,从微观层面深入阐述抛光过程中磨粒的作用机理:当二氧化铈(CeO2)软磨粒进行磨削时,二氧化硅(SiO2)氧化层中的Si-O键发生断裂并被不断流动的磨粒与抛光液带走,最终去除氧化层达到纳米级光滑的抛光效果。设计了 sic单晶超声辅助电解液等离子体氧化与氧化层机械去除的实验方案,并搭建了相应的实验平台。实验分为无超声实验和超声辅助实验两大类。在实验过程中进行了等离子体气层观测与电路中的电流采集,对材料氧化和氧化层机械去除后的sic单晶试件分别进行了表面成分与形貌检测,获取其表面粗糙度并计算了相应的材料去除率。实验结果表明,与无超声时的实验结果相比,有超声辅助的结果更好。将仿真分析与实验结果进行对比,整体趋势基本一致并且仿真结果拟合效果较好,通过计算二者误差率可得:电流密度相对误差为13.44%,氧化速率相对误差为9.03%,表面粗糙度相对误差为5.84%,验证了仿真的准确性,并且也说明该仿真方法可以作为超声辅助电解液等离子体抛光中机理研究和实验分析的辅助手段。

关键词： sic单晶超声振动辅助电解液等离子体氧化氧化层机械去除表面粗糙度

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sic单晶片研磨机理及试验

人工晶体学报 2013年第10期42卷 2065-2070,2075页

作者：李淑娟胡海明李言高新勤西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

sic因其优良的物理机械性能而广泛应用于大功率器件以及IC领域。但其高的硬度和脆性导致其加工过程非常困难。本文分析了sic单晶在研磨过程中的材料去除机理,讨论了塑性去除时磨粒的临界切削深度,建立了塑性条件下的材料去除模型。采用... 详细信息

sic因其优良的物理机械性能而广泛应用于大功率器件以及IC领域。但其高的硬度和脆性导致其加工过程非常困难。本文分析了sic单晶在研磨过程中的材料去除机理,讨论了塑性去除时磨粒的临界切削深度,建立了塑性条件下的材料去除模型。采用不同粒度的金刚石磨粒对sic晶片进行研磨实验,验证了理论模型的正确性,结果表明在塑性模式下的材料去除能获得良好的表面形貌和较低粗糙度,同时对不同磨粒粒度的材料去除率进行了讨论。

关键词： sic单晶研磨脆性去除塑性去除表面粗糙度

sic单晶线锯切片微裂纹损伤深度的有限元分析

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西安交通大学学报 2016年第12期50卷 45-50页

作者：高玉飞陈阳葛培琪山东大学机械工程学院济南250061 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061

为了实现对碳化硅单晶（Si C）线锯切片亚表面微裂纹损伤深度快速计算与非破坏性分析,基于Si C单晶锯切加工脆性模式的材料去除机理,选择材料脆性开裂本构模型,建立了Si C单晶线锯切片微裂纹损伤深度计算有限元模型。模型通过定义开裂... 详细信息

为了实现对碳化硅单晶（Si C）线锯切片亚表面微裂纹损伤深度快速计算与非破坏性分析,基于Si C单晶锯切加工脆性模式的材料去除机理,选择材料脆性开裂本构模型,建立了Si C单晶线锯切片微裂纹损伤深度计算有限元模型。模型通过定义开裂状态量的输出,控制晶片表面单元失效与删除,将晶片上计算点区域内未失效单元节点到晶片表面最大距离提取为微裂纹损伤深度,实现了微裂纹损伤深度的仿真计算。研究了锯切过程的最大主应力与应力变化率的变化规律,仿真计算了切片微裂纹损伤深度。结果表明：锯切过程中距切点越近,最大主应力值与应力变化率越大;工件进给速度一定时,锯丝速度提高,Si C晶片的微裂纹损伤深度降低;有限元模型的仿真计算值均小于实验测量值,结果变化趋势较一致,其相对误差范围为10%~15.92%,建立的有限元模型可以较准确地预测计算Si C单晶线锯切片微裂纹损伤深度。

关键词： sic单晶线锯切割微裂纹损伤有限元分析

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sic单晶切割过程中接触弧长建模与实验

兵工学报 2016年第5期37卷 879-887页

作者：王嘉宾李淑娟梁列汤奥斐麻磊西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048

Si C单晶具有良好的物理和机械性能,广泛应用于大功率器件和集成电路行业,但因高的硬度和脆性,使其切割、研磨和抛光加工过程成为难点。在固结金刚石磨粒的线锯切割Si C单晶过程中,由于受各种因素的影响,使得切割力呈动态变化,而影响切... 详细信息

Si C单晶具有良好的物理和机械性能,广泛应用于大功率器件和集成电路行业,但因高的硬度和脆性,使其切割、研磨和抛光加工过程成为难点。在固结金刚石磨粒的线锯切割Si C单晶过程中,由于受各种因素的影响,使得切割力呈动态变化,而影响切割力的直接因素就是工件与线锯之间的接触弧长。根据线锯和工件的运动过程,分析接触弧长产生的过程,建立往复式线锯切割过程中接触弧长的数学模型,并对该过程中实验和仿真产生的误差进行了分析。以单颗磨粒的切深为基础,确定模型中的切削深度。仿真和实验结果表明,建立的模型可以较准确地预测不同工艺参数下的接触弧长。

关键词：机械制造工艺与设备 sic单晶材料去除建模预测

sic单晶生长的热场模拟及其在籽晶固定方面的应用

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稀有金属 2013年第1期37卷 76-81页

作者：杨立文李翠蒋秉轩杨志民北京有色金属研究总院先进电子材料研究所北京100088

热场模拟在物理气相输运法(PVT法)制备sic单晶工艺的改进中起着重要的作用。实验中发现,sic晶体生长表面可能会起伏不平,导致生长的晶体质量下降。经分析可知,籽晶固定过程中籽晶背面形成的气孔是造成晶体生长表面起伏不平的主要因素。... 详细信息

热场模拟在物理气相输运法(PVT法)制备sic单晶工艺的改进中起着重要的作用。实验中发现,sic晶体生长表面可能会起伏不平,导致生长的晶体质量下降。经分析可知,籽晶固定过程中籽晶背面形成的气孔是造成晶体生长表面起伏不平的主要因素。热场模拟发现,在籽晶背面有气孔处,籽晶生长面温度较高。气孔宽度、籽晶厚度及粘结剂厚度影响籽晶表面气孔中心与气孔边缘的温差。减小气孔、增厚籽晶可有效减小籽晶表面气孔中心与气孔边缘的温差,是改善晶体生长面质量的两个有效途径。

关键词：物理气相输运法 sic单晶热场模拟籽晶固定

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sic单晶刻划过程的脆塑性转变特征研究

人工晶体学报 2016年第11期45卷 2614-2625页

作者：丁子成李淑娟李梓崔丹西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

sic单晶化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,广泛用于大功率器件产业。但由于其材料的硬度很大,加工非常困难。脆性材料塑性域加工为提高该类材料的表面质量,降低加工时间和成本提供了有效的途径。本文采用不同刀具角... 详细信息

sic单晶化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,广泛用于大功率器件产业。但由于其材料的硬度很大,加工非常困难。脆性材料塑性域加工为提高该类材料的表面质量,降低加工时间和成本提供了有效的途径。本文采用不同刀具角度和刀尖圆弧半径的单点金刚石刀具对4H-sic单晶进行刻划实验,利用声发射、摩擦力传感器来监测刻划过程中声发射信号强度以及摩擦力的变化,并通过LeicaDCM3D以及SEM观察划痕沟槽表面形貌、切屑状态,综合分析以获得4H-sic单晶在不同角度、刀尖圆弧半径下塑脆转变的临界切削深度。结果表明,增大刀具角度有利于塑性域加工;在相同条件下,刀尖圆弧半径越大,临界切削深度越大。

关键词： sic单晶脆性材料塑性域加工临界切削深度

第三代半导体sic单晶生长用高纯sic粉制备研究

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第三代半导体SiC单晶生长用高纯SiC粉制备研究

作者：胡智臣南昌大学

学位级别：硕士

sic单晶材料作为典型的第三代半导体材料,因其优良的性能正逐渐成为半导体材料领域的主流。目前制备sic单晶的方法主要是物理气相传输(PVT)法,而sic粉是PVT法生长sic单晶的原料。显然,为了提高sic单晶的品质,除了需要合适的单晶生长工艺... 详细信息

sic单晶材料作为典型的第三代半导体材料,因其优良的性能正逐渐成为半导体材料领域的主流。目前制备sic单晶的方法主要是物理气相传输(PVT)法,而sic粉是PVT法生长sic单晶的原料。显然,为了提高sic单晶的品质,除了需要合适的单晶生长工艺外,生长单晶所用的sic粉原料也非常重要,其纯度等物性参数会直接影响sic单晶的品质,进而影响sic器件的性能。因此,制备高纯度sic粉是PVT法生长高品质sic单晶的关键。改进的自蔓延高温合成法,是通过提高反应温度和持续加热的方式来维持碳粉与硅粉之间反应的进行。这种方法操作相对简单,各项合成参数便于稳定控制,理论上是一种适合大规模的低成本粉末合成方法。本文以高纯C粉与Si粉为原料,通过改进的自蔓延高温合成法合成sic粉,并对sic粉进行了提纯处理。首先系统研究了合成温度、合成气体压力、合成时间、硅碳摩尔比等参数对sic粉的物相组成、形貌、粒度的影响规律,然后对初步合成的sic粉进行了提纯研究。提纯过程中研究了除碳时间、除碳温度、球磨破碎及高温除杂对sic粉末的影响对sic粉纯度的影响。研究表明:提高反应温度、延长保温时间,降低合成压力都有利于合成sic粉末;温度越高、时间越长、压力越低、硅碳摩尔比越大,合成的sic粒度越大;提高硅碳摩尔比可以减少产物中剩余C,当硅碳摩尔比达到1.05:1时,粉末中没有剩余C的出现;合成压力会影响产物形貌,0.01 k Pa下主要是颗粒状,其他压力合成的产物都出现了晶须与颗粒两种形貌。研究结果还表明:最佳的除碳工艺参数为除碳温度850℃,除碳时间2 h,除碳温度过高会导致sic的氧化。同时实验发现由于部分C被sic包裹,对sic粉进行球磨破碎有利于C杂质的去除。sic粉经高温除杂后,ICP-MS检测结果表明sic粉中杂质含量明显下降,同时高温促使sic晶型由3C-sic转变为6Hsic,晶粒呈六边形。

关键词：改进的自蔓延高温合成法 sic粉第三代半导体 sic单晶提纯工艺

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超声辅助线锯切割sic单晶实验研究

人工晶体学报 2012年第4期41卷 1076-1081页

作者：李言王肖烨李淑娟郑建明袁启龙西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 宝鸡文理学院机电工程系宝鸡721007

针对单晶sic切割过程切割效率低,加工表面粗糙度和表面不平度差以及线锯磨损和断裂严重等问题,提出采用线锯横向施加超声振动的方法切割单晶sic。通过实验对比研究了普通切割与超声辅助切割两种切割工艺,结果表明:与普通切割相比,超声... 详细信息

针对单晶sic切割过程切割效率低,加工表面粗糙度和表面不平度差以及线锯磨损和断裂严重等问题,提出采用线锯横向施加超声振动的方法切割单晶sic。通过实验对比研究了普通切割与超声辅助切割两种切割工艺,结果表明:与普通切割相比,超声辅助切割单晶sic,锯切力减小37%～52%,且减小趋势随工件进给速度的增大更明显;切片表面粗糙度降幅约为26%～55%,晶片表面形貌均匀,无划痕,明显优于普通切割方法所获得的表面;线锯磨损降低约近40%;切割效率提高近56%。

关键词： sic单晶超声辅助线锯切割表面粗糙度