シリコンカービッド (SiC) は,優れた機械的,熱的,電気的特性により,半導体,高温装置しかし,その極端な硬さ,高い化学的安定性,そして広い帯隙は,従来の加工方法が非効率で費用がかかります.高精度で特徴付けられるSiCの製造のための重要な技術として登場した.特に,SiCは,超高速レーザー技術における最近の進歩は,SiCの処理能力を大幅に拡大しました高技術産業,特に半導体製造業からの急成長する需要を推進する.
このレビューは,レーザーシステム,基本的な相互作用機構,新興技術,応用,そして現在の課題表面加工技術 (切断,掘削,微細構造化,磨き,レーザーステルス切片と切片など) は詳細に議論されます.SiC の様々な分野での応用が概要されていますこの急速に進化する分野を形作る可能性のある現在の課題,将来の研究方向,そして新たな機会の批判的な分析が提示されています.
シリコンカービッド (SiC) は 特殊な硬さ,高熱伝導性,優れた化学的惰性,高温と高電圧で優れた電気性能この特性により,SiCは電源電子,光電子,航空宇宙システム,高温機器,耐磨部品などに不可欠です.SiCの固有の材料特性は,伝統的な機械的および化学的加工プロセスに重大な課題をもたらす.特に道具の磨き,低効率,そして達成可能な精度が限られている.
レーザー処理は強力な代替手段として登場し 接触のない操作,高空間解像度,複雑な幾何学を処理する能力を提供しています The rapid development of ultrafast laser technologies—especially femtosecond and picosecond lasers—has further enhanced the controllability and quality of SiC processing by reducing thermal damage and improving dimensional accuracyその結果,レーザーベースのSiC処理は 研究のホットスポットとなり,次世代の半導体および高性能デバイスの技術化が可能になりました.
SiCのレーザー加工用途の多様性は,その結晶構造と性質の多様性を反映しています (図1と図3).4H-SiCそして6H-SiC異なる格子配置,アニゾトロプ性,光学吸収行動を示し,これらはすべてレーザー・材料相互作用に強く影響する.
SiC の現代のレーザー処理システムは,オブジェクトベースの焦点化システム,ガルバノメータースキャンシステム,二パルス照射設定,フレムト秒レーザー矢量偏光レーザー,ハイブリッド矢量ビームシステム,非同期二重ビーム切断構成,レーザー・水噴射ハイブリッドシステム,水導レーザー,水中のレーザー処理プラットフォームこのシステムは エネルギー供給に合わせて設計されています廃棄物の除去を改善し,熱効果を抑制し,加工品質を向上させる.
レーザー・材料相互作用のメカニズムを理解することは,SiCレーザー処理を最適化するために不可欠である.図5・7に示したように,レーザー照射は一連の複雑な物理的プロセスを誘発する.フォトン吸収を含むキャリア興奮,電子・フォノン結合,熱拡散,相移行,物質除去.
長パルスレーザー処理では,熱効果が優勢で,しばしば溶融,再固化,再鋳造層,残留ストレスの蓄積を引き起こす.これらの効果は,裂け目開始と拡散につながる可能性があります.超高速レーザーパルスでは,熱拡散よりも短い時間スケールでエネルギーを貯蔵します.熱に影響を受けるゾーン (HAZ) を著しく減少させる非熱性または弱熱性アブレーションメカニズムを有効にする単パルス放射線は,局所的な格子歪みと溶融池形成を引き起こす可能性があります.複数のパルス放射はレーザー誘発周期表面構造 (LIPSS) と地下空洞を誘発します.
高度な診断および特徴付け技術 (8図) は,音響放出監視,プラズマスプラム画像,時間解像度ICCD写真,X線コンピュータトモグラフィー (XCT) などである.オプティカルコーヘランストモグラフィ (OCT)レーザー処理中の欠陥形成,内部修正,および脱毛動態に関する貴重な洞察を提供します.
レーザー切断と掘削は,SiCコンポーネントの形状とマイクロおよびナノスケール構造の製造に使用されています.繰り返しの割合穴の形状と表面質について,パルスエネルギー,ビームプロファイル,処理環境について,広範に研究されています (図11と図12).レーザー照射と化学エッチングを組み合わせることで,特徴の質とアスペクト比がさらに向上します高精度なマイクロホールとチャネルを製造することができます.
レーザー表面質感は,SiC表面のトリボロジカル性能,熱安定性,機能性特性を向上させ,航空宇宙および防衛アプリケーションに特に価値があります.超速レーザー 磨き は,地表 の 破損 を 最小限に 抑え て 表面 の 仕上げ を 改善 する 可能性 も 示し て い ます.
半秒レーザーダイレクトライティング (FSLDW) は,SiC散装材料の3次元修正を可能にし,埋め込まれた波導体と光子構造の製造を可能にします (図15).このような能力は,SiCをベースとした統合光子と光電子機器のための新しい道を開く.
レーザーステルス切片 (LSD) とハイブリッドレーザー切片技術が,シシウムCのウェーファーレベル加工の高度なアプローチである (16と18図).制御された内部変形層を誘発し,その後は裂け目拡散または選択的なエッチング半導体基板の製造に不可欠な表面損傷を最小限に抑えながら高品質の分離が可能になります.
レーザー加工されたSiCは,複数の分野 (図19) で広範な応用を見つけました.レーザー技術は高性能の電源装置の製造に不可欠ですレーザー表面工学によって達成されたより高い耐磨性と熱安定性により,航空宇宙および防衛アプリケーションが恩恵を受けています.バイオメディカルエンジニアリング, SiCの生物相容性と化学的安定性により,高度なセンサーや植入装置にとって魅力的な材料となっています.
SiCのレーザー加工の大規模産業採用を制限する課題は依然としていくつかあります.特に長パルスレーザー照射下ではさらに,材料除去率 (MRR) と表面品質の最適なバランス,およびレーザーパラメータ最適化の複雑さ,プロセスのスケーラビリティとコスト効率に重大な障害をもたらす.
科学的観点から,レーザー・SiCの相互作用メカニズムをより深く調査する必要がある.データ駆動と人工知能による最適化戦略と組み合わせたプロセス制御性と再現性を向上させる上で重要な役割を果たす.航空宇宙の厳しい要求に応えるために,SiCの3次元微小および大量加工に関するさらなる研究が不可欠です半導体および生物医学用アプリケーション
工業的な観点から言えば,より高いパワー,より高い繰り返しの速さ,調整可能なパルス持続時間を持つ高性能レーザー源の開発は極めて重要です.SiC の幅広く溶融点も高いのでレーザー処理システムとロボットとインテリジェント制御プラットフォームを統合することで,完全に自動化された製造ワークフローが可能になり,環境への影響を削減しながら効率が向上します.
SiCは汎用的で戦略的に重要な材料で,その特殊な特性により半導体,高温装置,先進技術アプリケーションに広く使用されています.SiC の固有の加工課題を克服するための最も有望なアプローチとして出現このレビューは,レーザーシステム,相互作用メカニズム,および,電子機器の通信技術,および電子機器の通信技術に関する,先進的な技術応用分野についてです
熱クレイキング,プロセスの最適化複雑性,拡張性といった課題は依然として残っていますが,超高速レーザー技術,ハイブリッド処理方法,知的制御システムにより,さらに大きな進歩が期待されています.持続的な多分野革新を通じて,レーザー加工は,先進的な材料製造と最先端のエンジニアリングソリューションにおける SiCの役割を強化し続けます.将来の科学研究と産業用アプリケーションに強力な理論的技術的支援を提供すること.
シリコンカービッド (SiC) は,優れた機械的,熱的,電気的特性により,半導体,高温装置しかし,その極端な硬さ,高い化学的安定性,そして広い帯隙は,従来の加工方法が非効率で費用がかかります.高精度で特徴付けられるSiCの製造のための重要な技術として登場した.特に,SiCは,超高速レーザー技術における最近の進歩は,SiCの処理能力を大幅に拡大しました高技術産業,特に半導体製造業からの急成長する需要を推進する.
このレビューは,レーザーシステム,基本的な相互作用機構,新興技術,応用,そして現在の課題表面加工技術 (切断,掘削,微細構造化,磨き,レーザーステルス切片と切片など) は詳細に議論されます.SiC の様々な分野での応用が概要されていますこの急速に進化する分野を形作る可能性のある現在の課題,将来の研究方向,そして新たな機会の批判的な分析が提示されています.
シリコンカービッド (SiC) は 特殊な硬さ,高熱伝導性,優れた化学的惰性,高温と高電圧で優れた電気性能この特性により,SiCは電源電子,光電子,航空宇宙システム,高温機器,耐磨部品などに不可欠です.SiCの固有の材料特性は,伝統的な機械的および化学的加工プロセスに重大な課題をもたらす.特に道具の磨き,低効率,そして達成可能な精度が限られている.
レーザー処理は強力な代替手段として登場し 接触のない操作,高空間解像度,複雑な幾何学を処理する能力を提供しています The rapid development of ultrafast laser technologies—especially femtosecond and picosecond lasers—has further enhanced the controllability and quality of SiC processing by reducing thermal damage and improving dimensional accuracyその結果,レーザーベースのSiC処理は 研究のホットスポットとなり,次世代の半導体および高性能デバイスの技術化が可能になりました.
SiCのレーザー加工用途の多様性は,その結晶構造と性質の多様性を反映しています (図1と図3).4H-SiCそして6H-SiC異なる格子配置,アニゾトロプ性,光学吸収行動を示し,これらはすべてレーザー・材料相互作用に強く影響する.
SiC の現代のレーザー処理システムは,オブジェクトベースの焦点化システム,ガルバノメータースキャンシステム,二パルス照射設定,フレムト秒レーザー矢量偏光レーザー,ハイブリッド矢量ビームシステム,非同期二重ビーム切断構成,レーザー・水噴射ハイブリッドシステム,水導レーザー,水中のレーザー処理プラットフォームこのシステムは エネルギー供給に合わせて設計されています廃棄物の除去を改善し,熱効果を抑制し,加工品質を向上させる.
レーザー・材料相互作用のメカニズムを理解することは,SiCレーザー処理を最適化するために不可欠である.図5・7に示したように,レーザー照射は一連の複雑な物理的プロセスを誘発する.フォトン吸収を含むキャリア興奮,電子・フォノン結合,熱拡散,相移行,物質除去.
長パルスレーザー処理では,熱効果が優勢で,しばしば溶融,再固化,再鋳造層,残留ストレスの蓄積を引き起こす.これらの効果は,裂け目開始と拡散につながる可能性があります.超高速レーザーパルスでは,熱拡散よりも短い時間スケールでエネルギーを貯蔵します.熱に影響を受けるゾーン (HAZ) を著しく減少させる非熱性または弱熱性アブレーションメカニズムを有効にする単パルス放射線は,局所的な格子歪みと溶融池形成を引き起こす可能性があります.複数のパルス放射はレーザー誘発周期表面構造 (LIPSS) と地下空洞を誘発します.
高度な診断および特徴付け技術 (8図) は,音響放出監視,プラズマスプラム画像,時間解像度ICCD写真,X線コンピュータトモグラフィー (XCT) などである.オプティカルコーヘランストモグラフィ (OCT)レーザー処理中の欠陥形成,内部修正,および脱毛動態に関する貴重な洞察を提供します.
レーザー切断と掘削は,SiCコンポーネントの形状とマイクロおよびナノスケール構造の製造に使用されています.繰り返しの割合穴の形状と表面質について,パルスエネルギー,ビームプロファイル,処理環境について,広範に研究されています (図11と図12).レーザー照射と化学エッチングを組み合わせることで,特徴の質とアスペクト比がさらに向上します高精度なマイクロホールとチャネルを製造することができます.
レーザー表面質感は,SiC表面のトリボロジカル性能,熱安定性,機能性特性を向上させ,航空宇宙および防衛アプリケーションに特に価値があります.超速レーザー 磨き は,地表 の 破損 を 最小限に 抑え て 表面 の 仕上げ を 改善 する 可能性 も 示し て い ます.
半秒レーザーダイレクトライティング (FSLDW) は,SiC散装材料の3次元修正を可能にし,埋め込まれた波導体と光子構造の製造を可能にします (図15).このような能力は,SiCをベースとした統合光子と光電子機器のための新しい道を開く.
レーザーステルス切片 (LSD) とハイブリッドレーザー切片技術が,シシウムCのウェーファーレベル加工の高度なアプローチである (16と18図).制御された内部変形層を誘発し,その後は裂け目拡散または選択的なエッチング半導体基板の製造に不可欠な表面損傷を最小限に抑えながら高品質の分離が可能になります.
レーザー加工されたSiCは,複数の分野 (図19) で広範な応用を見つけました.レーザー技術は高性能の電源装置の製造に不可欠ですレーザー表面工学によって達成されたより高い耐磨性と熱安定性により,航空宇宙および防衛アプリケーションが恩恵を受けています.バイオメディカルエンジニアリング, SiCの生物相容性と化学的安定性により,高度なセンサーや植入装置にとって魅力的な材料となっています.
SiCのレーザー加工の大規模産業採用を制限する課題は依然としていくつかあります.特に長パルスレーザー照射下ではさらに,材料除去率 (MRR) と表面品質の最適なバランス,およびレーザーパラメータ最適化の複雑さ,プロセスのスケーラビリティとコスト効率に重大な障害をもたらす.
科学的観点から,レーザー・SiCの相互作用メカニズムをより深く調査する必要がある.データ駆動と人工知能による最適化戦略と組み合わせたプロセス制御性と再現性を向上させる上で重要な役割を果たす.航空宇宙の厳しい要求に応えるために,SiCの3次元微小および大量加工に関するさらなる研究が不可欠です半導体および生物医学用アプリケーション
工業的な観点から言えば,より高いパワー,より高い繰り返しの速さ,調整可能なパルス持続時間を持つ高性能レーザー源の開発は極めて重要です.SiC の幅広く溶融点も高いのでレーザー処理システムとロボットとインテリジェント制御プラットフォームを統合することで,完全に自動化された製造ワークフローが可能になり,環境への影響を削減しながら効率が向上します.
SiCは汎用的で戦略的に重要な材料で,その特殊な特性により半導体,高温装置,先進技術アプリケーションに広く使用されています.SiC の固有の加工課題を克服するための最も有望なアプローチとして出現このレビューは,レーザーシステム,相互作用メカニズム,および,電子機器の通信技術,および電子機器の通信技術に関する,先進的な技術応用分野についてです
熱クレイキング,プロセスの最適化複雑性,拡張性といった課題は依然として残っていますが,超高速レーザー技術,ハイブリッド処理方法,知的制御システムにより,さらに大きな進歩が期待されています.持続的な多分野革新を通じて,レーザー加工は,先進的な材料製造と最先端のエンジニアリングソリューションにおける SiCの役割を強化し続けます.将来の科学研究と産業用アプリケーションに強力な理論的技術的支援を提供すること.
