SiC单晶衬底离子束超精密抛光机理与方法研究

需求的背景和应用场景

在高端器件制造领域，碳化硅（SiC）因其优异的物理和化学性质，如高耐热性、高硬度以及良好的导电性，逐渐成为下一代功率半导体器件和集成电路的首选材料。然而，SiC材料的加工，尤其是其单晶衬底的抛光，面临着诸多挑战。传统的机械加工方法往往难以达到高端器件制造所需的高精度和低损伤要求，而离子束加工技术则因其非接触、高精度的特点被视为一种有潜力的解决方案。但在实际应用中，离子束加工SiC过程中容易出现非晶化及弗伦克尔等缺陷，严重影响了加工质量和效率，进而制约了SiC材料在高端器件中的广泛应用。因此，本研究需求旨在通过深入探究离子束与SiC材料相互作用的物理机制，解决离子束加工过程中的非晶化及缺陷问题，为推动SiC材料在高端器件制造领域的应用奠定坚实基础。

要解决的关键技术问题

1. 离子束与碳化硅相互作用物理过程仿真研究：

• 构建一个精准的物理过程仿真模型，该模型需要能够准确描述离子束与SiC材料相互作用过程中的能量传递、碰撞级联以及缺陷形成和演化等关键物理现象。
• 通过仿真模型深入探究离子能量、剂量、入射角度等关键参数对SiC非晶化程度和缺陷形成的影响规律，为后续的实验验证和工艺优化提供理论指导。

2. 实验表征与模型验证及工艺优化研究：

• 采用荧光光谱、电子顺磁共振波谱、高分辨透射电镜等先进的微结构表征手段，对离子束加工后的SiC样品进行详细的微结构分析。
• 通过实验数据验证理论仿真模型的可靠性，并根据实验结果提出有效的工艺参数优化方案和调控策略，以实现对离子束加工过程中非晶化及缺陷的有效控制。

效果要求

• 技术效益：本研究将显著提高离子束加工SiC的质量和效率，降低加工过程中的非晶化及缺陷率，为SiC材料在高端器件制造领域的应用提供有力的技术支撑。
• 竞争优势：通过深入探究离子束与SiC材料相互作用的物理机制，本研究将形成具有自主知识产权的核心技术，提升我国在高端器件制造领域的国际竞争力。
• 创新性：本研究不仅提出了离子束加工SiC过程中非晶化及缺陷问题的新解决方案，还通过理论仿真与实验验证相结合的方式，为离子束加工技术的优化和发展提供了新的思路和方法。研究成果有望推动离子束加工技术在SiC材料加工领域的广泛应用，促进高端器件制造技术的创新发展。