Специалисты Инжинирингового центра технологического университета МИРЭА разработали технологию шлифования пластин монокристаллического сапфира с использованием алмазных инструментов разной зернистости.
Монокристаллический сапфир – это один из важнейших материалов, используемых в полупроводниковой промышленности. Он прозрачен в широком спектральном диапазоне, выдерживает температуры до 2040 °C, а также химически инертен. Именно сапфировые подложки используют для выращивания светодиодов, лазерных диодов и сложных СВЧ-микросхем.
Однако у этого материала есть и обратная сторона: высокая твердость делает его обработку крайне сложной. Традиционное шлифование свободным абразивом (алмазным порошком в жидкой суспензии) дает высокую шероховатость поверхности и оставляет подповерхностный трещиноватый слой глубиной до 80–120 мкм. Такие микротрещины могут снижать механическую прочность и теплопроводность, а их удаление требует длительной и дорогой финишной полировки.
Ученые технологического университета разработали технологию, при которой алмазные зерна жестко закреплены в специальной связующей матрице. Такой подход перераспределяет вектор нагрузки: вместо ударного воздействия вглубь материала преобладает сдвиговое микрорезание. Это сокращает глубину трещиноватого слоя на 30–40% и снижает расход абразива.
По словам доктора технических наук Владимира Кондратенко, сапфир – материал исключительно прочный, но хрупкий. Поэтому традиционное шлифование свободным абразивом оставляет глубокий трещиноватый слой. И чем больше размер абразивных зерен, тем глубже повреждения.
– Мы разработали инструменты со связанными алмазными зернами и модифицированными связками, которые переключают режим разрушения с ударного на сдвиговой, – объяснил Владимир Кондратенко. – Это позволило кардинально увеличить скорость съема материала и одновременно сократить глубину дефектного слоя. Для промышленности это означает снижение себестоимости производства подложек и повышение их качества.
Как говорит кандидат технических наук Виктор Кадомкин, уменьшение нарушенного слоя повышает механическую прочность тонких приборных пластин.
– Для пластин толщиной менее 200 мкм, которые используются в современной СВЧ-микроэлектронике, это критически важно – микротрещины могут привести к разрушению при последующих технологических операциях, – отметил Виктор Кодомкин. – Наша технология сокращает время финишной полировки и снижает риск брака. Сейчас мы продолжаем оптимизацию составов инструментов для финишного шлифования.
Новая разработка позволяет увеличить скорость съема материала в несколько раз, сократить время обработки и минимизировать дефектный слой, что критически важно для производства подложек светодиодов, лазеров и СВЧ-микроэлектроники. Кроме того, разработка имеет практическое значение для производителей полупроводниковых подложек, оптических компонентов и приборов на их основе.
Мона Платонова.
