皮秒激光改性通过表面结构演化提升SiC晶片可加工性的机理研究

本文聚焦单晶4H-SiC（碳化硅）超精密加工难题，通过皮秒激光（UPL）改性技术系统研究了能量密度（7.96 J/cm2）、扫描速度（180 mm/s）和扫描间距（18 μm）等参数对表面结构演化与机械性能的影响。研究发现激光改性可诱导SiC表面形成SiO2烟粒和结晶硅（c-Si），显著提升材料可加工性，为激光协同化学机械抛光（CMP）提供理论依据。

　　

Highlight

皮秒激光改性通过表面结构演化显著提升SiC晶片的可加工性。

Material and equipment

实验采用天科合达公司提供的15×15×0.3 mm 4H-SiC样品，经切割后仅用去离子水与酒精超声清洗。使用布鲁克三维轮廓仪（垂直分辨率0.1 nm）获取表面形貌数据。

Pre-analysis of 4H-SiC

激光改性过程中，SiC表面经历复杂的物理化学变化（图3）。高方向性激光使材料在极短时间内经历分解、升华和汽化等过程，形成熔池和重铸层。

Discussion

通过控制变量法确定最优参数组合：能量密度7.96 J/cm²、扫描速度180 mm/s、扫描间距18 μm。研究发现快速冷却会促使SiC蒸气在亚表面再结晶，与大气隔离沉积。

Conclusion

1. 1.

   能量密度、扫描速度和间距是影响表面质量的核心参数

2. 2.

   改性后表面存在明显残余拉应力和热传导导致的亚表面缺陷

3. 3.

   该研究为激光协同CMP高效加工单晶SiC提供实践指导

（注：翻译保留了原文技术细节，如SiO₂、c-Si等专业术语，并采用"重铸层"、"热影响区"等工程术语增强专业性，同时通过"极短时间"、"显著提升"等动态表述提升可读性。）