单晶4H-SiC的摩擦诱导化学机械复合加工(FCMM)实验研究

来源：机械工程学报杂志2024年第7期北京时间：

作者：张博楠, 黄辉, 武民

单位：1. 华侨大学脆性材料产品智能制造技术国家地方联合工程研究中心 厦门 361021;2. 华侨大学制造工程研究院 厦门 361021

摘要：单晶碳化硅(SiC)凭借其优异的材料性能成为下一代电力电子器件和光电子器件的优选衬底材料,但碳化硅的高硬脆性，强化学惰性对其高效精密加工带来了巨大挑战。提出一种基于摩擦诱导化学作用与低硬度磨粒机械作用复合的SiC晶片加工新思路。跟踪了4H-SiC在不同铁基烧结盘以及不同加工工艺参数下材料去除率随时间的变化；检测了加工后晶片的表面质量及亚表面损伤。实验结果表明摩擦诱导化学机械复合加工方法通过摩擦诱导实现金属与碳化硅的固相化学反应，并利用低硬度磨粒机械去除固相化学反应产物。加工后的亚表面中并未在纳米尺度下观察到晶体变形和晶格缺陷。加工初始阶段的材料去除率最高可达1 025 nm/min，稳定阶段的材料去除率最高可达385 nm/min。工艺参数对加工过程中的固相化学反应速率有着重要的影响，低硬度磨粒实现对化学反应粘附物的机械去除，可以有效提高材料去除率。实验结果证实了本文提出的新型加工思路的可行性，其总体加工效率明显高于现有加工方法，为实现单晶SiC晶片的高效精密加工提供了新的研究思路。

关键词：摩擦诱导,固相化学反应,化学机械复合加工,碳化硅,亚表面损伤；

基金资助：国家自然科学基金(U22A20198)和教育部创新团队滚动计划(IRT_17R41)资助项目。