隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于更高性能半導(dǎo)體材料的需求日益增長(zhǎng)。金剛石以其獨(dú)特的物理與化學(xué)特性，有望在下一代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中扮演更加重要的角色。金剛石憑借其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、超寬的禁帶結(jié)構(gòu)以及較高的載流子遷移率，在高功率、高頻及高溫環(huán)境下的電子器件中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，金剛石的極高硬度猶如一把雙刃劍，既是性能卓越的基石，也為加工過程帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。這一特性使得傳統(tǒng)機(jī)械切割工藝在應(yīng)對(duì)金剛石時(shí)，面臨著材料損耗大、加工效率低等瓶頸。特別是在大尺寸金剛石的精密制造過程中，加工良率的提升與成本的有效控制，已成為制約金剛石在尖端科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用的兩大核心障礙。
在此嚴(yán)峻形勢(shì)下，大族激光旗下全資子公司大族半導(dǎo)體聚力攻克金剛石激光切片技術(shù)（QCB for diamond），在金剛石加工領(lǐng)域帶來了顛覆性的創(chuàng)新突破。這項(xiàng)技術(shù)不僅極大提升了加工效率與良率，更將有效降低生產(chǎn)成本，為金剛石在高性能電子器件、量子計(jì)算、高功率激光等多個(gè)前沿科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
技術(shù)原理
金剛石的激光切片技術(shù)利用激光在材料內(nèi)部進(jìn)行非接觸性改性加工，通過精確控制激光在材料內(nèi)部的作用位置，實(shí)現(xiàn)材料的分離。這一技術(shù)主要包括兩個(gè)步驟：首先，激光束精準(zhǔn)聚焦在晶錠的亞表面特定深度，形成一層經(jīng)過改質(zhì)的材料區(qū)域。這一步驟中，激光誘導(dǎo)的物理和化學(xué)變化使改質(zhì)層內(nèi)的材料性質(zhì)發(fā)生變化，為后續(xù)裂紋的引導(dǎo)擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。接著，通過施加外部應(yīng)力，如機(jī)械力或熱應(yīng)力，引導(dǎo)裂紋沿著指定平面擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)晶片的無損分離。整個(gè)過程中，激光的高能量密度使得材料內(nèi)部發(fā)生物理和化學(xué)變化，確保了分離過程的精確性和高效性。
與碳化硅晶錠不同，金剛石的解理面與晶圓切片方向存在較大的角度差異，這使得剝離面的起伏更難控制。因此，在實(shí)際加工過程中，必須精確調(diào)節(jié)激光的能量和光學(xué)調(diào)制，確保激光能量分布均勻、作用位置精確，從而有效控制裂紋的擴(kuò)展方向及剝離面的平整度。整個(gè)過程中，超快激光脈沖的高能量密度引入，使得材料內(nèi)部超短時(shí)間和空間尺度內(nèi)發(fā)生劇烈的物理和化學(xué)變化，這種高精度的能量控制確保了分離過程的精確性和高效性。
綜上，相比傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，激光切片具有許多顯著優(yōu)勢(shì)。首先，它是一種非接觸性加工方式，避免了機(jī)械應(yīng)力對(duì)晶錠的損傷，減少了碎裂和微裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。其次，激光切片能夠?qū)崿F(xiàn)極高的加工精度和質(zhì)量，特別適用于金剛石這種硬度高、脆性大的材料。QCBD激光切片工藝大大減少了材料的浪費(fèi)，提高了材料的利用率以及加工效率，這對(duì)于高價(jià)值的金剛石材料尤為重要。
技術(shù)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)
目前在商業(yè)應(yīng)用方面，金剛石激光切片設(shè)備尚處于初期研發(fā)階段。與碳化硅晶錠加工技術(shù)相比，金剛石切片技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程相對(duì)滯后。由于金剛石的物理性質(zhì)極為特殊，如何在保證切割質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)是技術(shù)研發(fā)面臨的重大挑戰(zhàn)。
近期，大族半導(dǎo)體在金剛石切片領(lǐng)域取得了重要的技術(shù)突破，推出了QCBD激光切片技術(shù)及其相關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了金剛石高質(zhì)量低損傷高效率激光切片。這一成果標(biāo)志著激光切片技術(shù)在金剛石材料加工中取得重要進(jìn)展，填補(bǔ)了國內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白。通過對(duì)激光能量的精確調(diào)控與光束形態(tài)的調(diào)制，大族半導(dǎo)體克服了金剛石解理面{111}與切片方向{100}之間較大角度帶來的加工難題，實(shí)現(xiàn)了晶錠的高精度、低損傷剝離。根據(jù)大族半導(dǎo)體QCB研究實(shí)驗(yàn)室研究數(shù)據(jù)顯示，使用該技術(shù)，剝離后粗糙度Ra低至3μm以內(nèi)，激光損傷層可大幅度降低至20μm。這項(xiàng)技術(shù)突破將大幅降低金剛石的加工成本，推動(dòng)其在電子、光學(xué)等高端領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
實(shí)例效果
大族半導(dǎo)體研發(fā)的金剛石激光切片技術(shù)，憑借出眾的加工效能，已成功攻克半導(dǎo)體材料加工技術(shù)領(lǐng)域的眾多棘手難題。這一技術(shù)的突破，不僅顯著加速了生產(chǎn)流程，將生產(chǎn)效率推向新高，而且精細(xì)入微的工藝確保了產(chǎn)品質(zhì)量的飛躍式提升，同時(shí)，通過優(yōu)化生產(chǎn)流程，有效降低了制造成本，展現(xiàn)出了極為廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，預(yù)示著其在未來的高科技制造領(lǐng)域中必將占據(jù)舉足輕重的地位，引領(lǐng)半導(dǎo)體材料加工技術(shù)邁向一個(gè)全新的發(fā)展階段。
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