Bahan kristal silikon karbida (SiC) adalah perwakilan-semikonduktor generasi ketiga. Dibandingkan dengan semikonduktor unsur generasi pertama dan semikonduktor senyawa generasi kedua, SiC memiliki sifat fisik yang sangat baik termasuk celah pita yang lebar, kecepatan penyimpangan elektron yang tinggi, kekuatan medan listrik tembus kritis yang tinggi, konstanta dielektrik yang rendah, konduktivitas termal yang tinggi, dan koefisien muai panas yang rendah, serta kelembaman kimia yang unggul. Keunggulan ini membuat material semikonduktor celah pita lebar seperti SiC banyak digunakan dalam kondisi ekstrem yang melibatkan suhu tinggi, frekuensi tinggi, daya tinggi, dan ketahanan terhadap radiasi. Sebagai wafer substrat untuk perangkat mikroelektronik dan optoelektronik berperforma tinggi, kualitas permukaan dan bawah permukaan substrat SiC setelah pemrosesan sangat memengaruhi kinerja perangkat. Oleh karena itu, pemrosesannya tidak hanya harus mencapai akurasi bentuk yang tinggi dan kekasaran sub-nanometer, namun juga menghindari kerusakan permukaan dan bawah permukaan.
Penggilingan adalah proses inti dalam fabrikasi substrat SiC. Fungsi utamanya adalah menghilangkan bekas garitan dan lapisan kerusakan bawah permukaan akibat penggergajian kawat, serta mengoptimalkan kekasaran permukaan dan akurasi bentuk. Proses ini menyumbang 70% dari total penghilangan material di seluruh aliran fabrikasi, dan kualitas penggilingan secara langsung mempengaruhi kesulitan dan efisiensi pemolesan selanjutnya. Untuk material yang keras dan rapuh seperti SiC, penggilingan abrasif adalah metode penghilangan material yang umum, yang terutama dibagi menjadi penggilingan abrasif lepas dan penggilingan abrasif tetap. Prinsip dasarnya adalah melalui tindakan penggulungan dan-pemotongan mikro butiran abrasif pada permukaan substrat, retakan mikro-padat akan terjadi; retakannya merambat dan berpotongan, menyebabkan material terkelupas sehingga pembuangannya efisien.
Penggilingan Abrasive Longgar pada Bahan SiC
Penggilingan abrasif lepas adalah proses penghilangan tiga{0}}tubuh, di mana penghilangan material dicapai melalui aksi gabungan pelat pemukul, butiran abrasif, dan substrat. Selama penggilingan, butiran abrasif didistribusikan secara acak pada permukaan substrat. Tekanan diterapkan untuk menekan butiran ke permukaan, dan saat pelat pemukul berputar, butiran menggelinding di permukaan substrat, menyebabkan hilangnya material permukaan secara menggelinding. Para peneliti telah menggunakan bahan abrasif yang berbeda untuk memproses SiC dan menemukan bahwa bahan abrasif berlian menawarkan tingkat penghilangan material yang baik. Yu dkk. mengamati peningkatan signifikan dalam akurasi bentuk permukaan SiC setelah pemukulan. Pan dkk. menggunakan roda gerinda berlian untuk menggiling substrat SiC, mencapai kekasaran permukaan Ra=12 nm dan variasi ketebalan wafer total kurang dari 3 µm.
Memperbaiki Penggilingan Abrasive pada Bahan SiC
Penggerindaan abrasif tetap adalah proses penghilangan dua{0}}tubuh, yang mana pemrosesan presisi pada permukaan media dicapai melalui interaksi antara butiran abrasif dan substrat. Karena butiran abrasif menempel pada pelat lapping, butiran tersebut tidak dapat menggelinding seperti pada penggilingan abrasif lepas. Sebaliknya, saat pelat lapping berputar, butiran melakukan tindakan pembajakan dan pemotongan mikro pada permukaan substrat, sehingga menghilangkan material permukaan. Penggilingan abrasif tetap, menggunakan pelat lapping abrasif tetap atau roda gerinda, dapat secara efektif meningkatkan pemanfaatan abrasif. Namun, karena ketinggian tonjolan butiran abrasif yang tidak konsisten, goresan parah dan retakan permukaan/bawah permukaan dapat terjadi pada permukaan SiC, sehingga sulit untuk memenuhi persyaratan kualitas permukaan sebelum pemolesan. Para peneliti telah menggunakan bahan abrasif intan berskala nano untuk memoles substrat SiC secara mekanis, sehingga mencapai kekasaran permukaan sub-nanometer, namun hal ini memerlukan waktu pemrosesan yang lama dan biaya tinggi. Meskipun kerusakan dan kekasaran permukaan membaik setelah pemolesan, goresan masih tetap ada pada permukaan yang diproses, sehingga sulit memenuhi persyaratan permukaan{10}}setingkat atom untuk media.
Untuk mendapatkan{0}}substrat SiC berperforma tinggi, industri telah mengembangkan berbagai teknologi lapping dan pemolesan yang presisi. Teknologi ini dapat diklasifikasikan berdasarkan mekanisme penghilangan material ke dalam teknologi pemukulan/pemolesan mekanis, yang sebagian besar didasarkan pada penghilangan mekanis, dan teknologi pemukulan/pemolesan berbasis reaksi kimia. Pemukulan/pemolesan mekanis menghasilkan penghilangan material secara cepat dan kualitas permukaan yang baik melalui aksi mekanis bahan abrasif atau dengan bantuan energi khusus. Lapping/polishing berbasis reaksi kimia-pertama-tama menginduksi reaksi kimia pada permukaan substrat untuk membentuk lapisan yang lebih lembut, yang kemudian dihilangkan dengan penggarukan abrasif untuk mendapatkan kekasaran permukaan sub-nanometer. Karena keterbatasan dalam teknologi pertumbuhan kristal SiC, sulit untuk mendapatkan boule ultra-besar seperti pada silikon atau safir. Di masa depan, substrat SiC bergerak menuju dimensi yang lebih besar dan bentuk yang lebih tipis, sehingga mendesak untuk terus berinovasi dalam teknologi lapping dan polishing guna menyediakan jalur teknis untuk produksi industri yang{10}}efisiensi,{11}}berkualitas tinggi, dan-berbiaya rendah.