[发明专利]碳化硅晶体的切割方法

说明书

本发明公开一种碳化硅晶体的切割方法，涉及碳化硅晶体技术领域，用于解决现有的碳化硅切割方法成本高、效率低且切割面粗糙的技术问题。本发明所述的碳化硅晶体的切割方法，包括以下步骤：根据具体的碳化硅晶体的晶体结构确定该晶体的解理方向或解理面；根据需要加工碳化硅晶体样品的尺寸和形状，确定需要切割的轨迹；采用特定的加工工艺，在确定的轨迹上制作出一定深度的凹槽；在已制作出的凹槽位置施加作用力，或对碳化硅晶体进行快速热处理，使碳化硅晶体沿凹槽完全开裂，得到具有光滑平整断面的小块碳化硅单晶体。

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体技术领域，尤其涉及一种碳化硅晶体的切割方法。

背景技术

作为第三代宽带隙半导体材料的一员，相对于常见的硅(Si)和砷化镓(GaAs)等半导体材料，碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高、热导率高、临界击穿场强高等诸多优异的性质。基于这些优良的特性，碳化硅材料是制备高温电子器件、高频、大功率器件更为理想的材料。

另外，碳化硅具有高的折射率(2.5-2.7)，高的硬度(莫氏硬度9.3)，且碳化硅极其稳定，在空气中能够耐受1000℃的高温，此外，碳化硅具有200多种晶型，每一种都有不同的物理和化学性质，颜色也略有差别，在掺入不同杂质的情况下，碳化硅的颜色更是丰富多彩。因此，碳化硅晶体也非常适合制作宝石。

碳化硅在晶体生长过程中容易伴生多种缺陷，如孪晶、多晶、多型、微管、碳包裹体、六方空洞等，这些缺陷对碳化硅衬底的质量均会产生不同程度的影响，也会对后续的外延片、器件的良品率和稳定性造成一定的影响。为了抑制缺陷的形成，需要对缺陷部分进行相应的表征检测和分析，从而研发相应的解决方案。所以对缺陷部分的取样要求位置准确、表面光滑平整，从而便于检测和分析。

然而，目前碳化硅晶体中主要通过采用金刚石锯片或者金刚线纵切的方式获得所需位置的样品，再将切割的粗糙面进行机械抛光，方可得到较为光滑的纵切面，整个过程耗时较长，加工步骤较多，付出较多的成本后得到的抛光面仍然不够理想。

现有技术中提出了一种刻面碳化硅宝石成品的加工方法，其先将块状碳化硅晶体通过机械切割技术得到宝石粗胚，再利用抛光和刻面等工艺加工成宝石。但是，其切割技术存在以下缺点：碳化硅晶体硬度很高，一般采用金刚石锯片切割，切割过程会造成碳化硅晶体一定程度的锯缝损耗，不仅会损失碳化硅晶体的重量，而且也会造成金刚石锯片、切割液等耗材的消耗，增加生产成本；另外，切割后的碳化硅粗胚表面粗糙，无法直接发现其内部缺陷，如微管、多晶、多型体、包裹物等的夹杂，只有经过多个步骤加工、磨抛后方能检验出不合格的产品，从而降低宝石加工的利用率，增加了时间和经济成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅晶体的切割方法，用于解决现有的碳化硅切割方法成本高、效率低且切割面粗糙的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳化硅晶体的切割方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据具体的碳化硅晶体的晶体结构确定该晶体的解理方向或解理面；

步骤S2、根据需要加工碳化硅晶体样品的尺寸和形状，确定需要切割的轨迹；

步骤S3、采用特定的加工工艺，在确定的轨迹上制作出一定深度的凹槽；

步骤S4、在已制作出的凹槽位置施加作用力，或对碳化硅晶体进行快速热处理，使碳化硅晶体沿凹槽完全开裂，得到具有光滑平整断面的小块碳化硅单晶体。

具体地，所述步骤S1中，碳化硅晶体包括两种结构，即六方闪锌矿结构的多型体α-SiC，以及立方纤锌矿结构的多型体β-SiC。

进一步地，确定碳化硅晶体的多型结构可通过X射线衍射法、高分辨率透射电子显微镜法、吸收光谱法和拉曼光谱法中的任一种或多种。