碳化硅单晶衬底纳秒激光剥离切片的实验研究

来源：激光技术杂志2026年第1期北京时间：

作者：陈晓犇, 卿泽龙, 张屹

摘要：碳化硅（SiC）作为第3代半导体材料，在高功率电子器件领域具有重要应用，但其高硬度和脆性导致传统线锯切片技术存在材料损耗大、效率低等问题。为了实现350 μm厚4H-SiC晶圆高质量、低应力的剥离切片，采用纳秒激光内部改质后再机械拉伸进行剥片分离。通过设计单因素实验，系统探究了脉冲能量、聚焦深度、扫描间隔及扫描方向对改质层及剥离质量的影响，并分析了改质机理。结果表明，纳秒激光内部改质SiC晶片的过程中发生了晶态向非晶态的相转变，并析出了非晶Si和非晶C；提高脉冲能量可增加能量密度，促进横向裂纹扩展，增大聚焦深度则会降低能量密度，从而抑制横向裂纹扩展；沿1 −1 0 0晶向扫描获得的剥离面粗糙度小于5 μm，单边材料损耗小于40 μm，且拉伸力小于2.4 MPa，显著优于1 1 −2 0晶向。本研究为SiC晶圆高效高质切割提供了工艺优化依据，可推动激光剥离技术在新兴半导体材料加工中的应用。

关键词：激光技术, 纳秒激光剥离, 单因素实验, 改质层, 横向裂纹, 碳化硅