RU2745736C1 - Method of surface modification of silicon carbide crystals - Google Patents
Method of surface modification of silicon carbide crystals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2745736C1 RU2745736C1 RU2020113237A RU2020113237A RU2745736C1 RU 2745736 C1 RU2745736 C1 RU 2745736C1 RU 2020113237 A RU2020113237 A RU 2020113237A RU 2020113237 A RU2020113237 A RU 2020113237A RU 2745736 C1 RU2745736 C1 RU 2745736C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon carbide
- structures
- facets
- carbide crystals
- mesplanar
- Prior art date
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000012986 modification Methods 0.000 title abstract description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 title abstract description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 14
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 4
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N sodium peroxide Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][O-] PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии электронного приборостроения, а именно к способам модификации поверхности кристаллов карбида кремния, и может быть использовано для получения мезапланарных структур различной огранки. Кроме того, изобретение может быть использовано в ювелирном деле для создания мультимезапланарного дизайна камней муассонита (карбида кремния).The invention relates to the technology of electronic instrumentation, in particular to methods for modifying the surface of silicon carbide crystals, and can be used to obtain mesplanar structures of various facets. In addition, the invention can be used in jewelry to create a multi-planar design of moissonite (silicon carbide) stones.
Известны механические способы модификации поверхности кристаллов карбида кремния, включающие формирование в исходном кристалле системы резов (скрайбирование), шлифование и полирование с помощью инструментов со свободным и связанным абразивом: (см. Окунев А.О. Рентгенотопографический анализ дефектов структуры монокристаллического карбида кремния - Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физ.-матем. наук, НовГУ им. Ярослава Мудрого, Новгород, 1999, с. 16-17).Known mechanical methods for modifying the surface of silicon carbide crystals, including the formation of a system of cuts in the original crystal (scribing), grinding and polishing using tools with a free and bound abrasive: (see Okunev A.O. X-ray topographic analysis of defects in the structure of monocrystalline silicon carbide - Abstract of the thesis for the degree of candidate of physical and mathematical sciences, Novgorod State University named after Yaroslav the Wise, Novgorod, 1999, pp. 16-17).
Недостатками данных способов являются невозможность получения резов криволинейной формы шириной менее 150 мкм., что создает значительные толщины нарушенных слоев при высокой вероятности образования трещин и сколов материала. Кроме того, из-за быстрого старения (износа) используемых в методе инструментов невозможно воспроизводимо получать необходимую точность размеров.The disadvantages of these methods are the impossibility of obtaining curvilinear cuts with a width of less than 150 microns, which creates significant thicknesses of damaged layers with a high probability of cracking and chips of the material. In addition, due to the rapid aging (wear) of the tools used in the method, it is impossible to reproducibly obtain the required dimensional accuracy.
Известны также способы модификации поверхности кристаллов карбида кремния с помощью электрической и лучевой эрозии (лазер): (см. Карачинов В.А. Получение профилированных монокристаллов карбида кремния методами сублимации и электрической эрозии - Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора техн. наук, спец. 05.27.06 Санкт-Петербург, 2005, с. 15-24.; патент РФ 2202135; Патент РФ 2563324; Чесноков Д.В., Чесноков В.В., Методы увеличения прозрачности поверхностей полного внутреннего отражения // ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ, 2014, т. 5, №1. С. 102-112).There are also known methods for modifying the surface of silicon carbide crystals using electrical and radiation erosion (laser): (see.Karachinov V.A.Production of profiled silicon carbide single crystals by sublimation and electrical erosion methods - Abstract of the thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences, spec. 05.27.06 St. Petersburg, 2005, pp. 15-24; RF patent 2202135; RF patent 2563324; Chesnokov D.V., Chesnokov V.V., Methods for increasing the transparency of surfaces of total internal reflection // INTEREXPO GEO-SIBERIA, 2014, vol. 5, No. 1. S. 102-112).
Недостатками данных способов соответственно являются: сильная зависимость технологических режимов электроэрозионной модификации от удельного электрического сопротивления кристалла карбида кремния, загрязнение поверхности продуктами эрозии; сложная, плохо воспроизводимая морфология в области эрозии и др.The disadvantages of these methods, respectively, are: a strong dependence of the technological modes of electroerosive modification on the specific electrical resistance of the silicon carbide crystal, surface contamination with erosion products; complex, poorly reproducible morphology in the area of erosion, etc.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «Способ профилирования тугоплавких и химически стойких материалов» заключающийся в травлении тугоплавких материалов при помощи лазерного излучения и паров летучего соединения (Патент RU 2252280 Н01 L21/302 от 04.02.2000 г.).Closest to the proposed invention is the "Method of profiling refractory and chemically resistant materials", which consists in etching refractory materials using laser radiation and vapors of a volatile compound (Patent RU 2252280 N01 L21 / 302 dated 02/04/2000).
Недостатками данного способа являются сложность процесса обработки поверхности заключающаяся в использовании паров летучего соединения в виде травителя, необходимость в специальном оборудовании, а так же низкая универсальность, заключающаяся в невозможности получения различной формы и огранки мезапланарных карбидокремниевых структур с высокими оптическими свойствами.The disadvantages of this method are the complexity of the surface treatment process, which consists in the use of vapors of a volatile compound in the form of an etchant, the need for special equipment, as well as low versatility, which consists in the impossibility of obtaining various shapes and faceting mesplanar silicon carbide structures with high optical properties.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение универсальности способа создания мезапланарных структур.The task of the proposed technical solution is to increase the versatility of the method for creating mesplanar structures.
Технический результат заявленного решения - создание мезапланарных карбидокремниевых структур различной формы и огранки.The technical result of the claimed solution is the creation of mesplanar silicon carbide structures of various shapes and facets.
Способ осуществляется следующим образом:The method is carried out as follows:
Кристалл карбида кремния подвергают обработке лазерным излучением, при этом режимы лазерного излучения определяются из необходимой конфигурации получаемых структур. Лазерным излучением формируется образ мезопланарной структуры на различных гранях карбида кремния. Сформированные образцы подвергают анизотропному химическому травлению в различных растворах расплавленных щелочей или солей. Время травления образцов зависит от температуры и глубины травления, которые выбираются исходя из требований к получаемым структурам. При использовании данного способа возможно получать гексогональные, квадратные и ромбические мезопланарные структуры, а так же системы положительный и отрицательный кристалл, выполненные в том же дизайне. При этом полученные ограненные структуры повышают оптические свойства кристалла, в частности коэффициент отражения. The silicon carbide crystal is subjected to laser radiation treatment, while the laser radiation modes are determined from the required configuration of the resulting structures. Laser radiation forms an image of a mesoplanar structure on various faces of silicon carbide. Formed samples are subjected to anisotropic chemical etching in various solutions of molten alkalis or salts. The etching time of the samples depends on the temperature and etching depth, which are selected based on the requirements for the resulting structures. Using this method, it is possible to obtain hexagonal, square and rhombic mesoplanar structures, as well as positive and negative crystal systems made in the same design. In this case, the resulting faceted structures increase the optical properties of the crystal, in particular the reflection coefficient.
Пример 1Example 1
Кристалл карбида кремния политипа 6Н подвергают обработке лазерным излучением, при этом режимы лазерного излучения составляли: длина волны 635 нм, длительность импульса 10 нс, с частотой 40 кГц и мощностью 3 Вт. Лазерным излучением формировался образ кольцевой мезопланарной структуры диаметром 3 мкм на кремниевой грани карбида кремния с индексом (0001). Сформированный образец подвергался анизотропному химическому травлению в растворе расплавленной щелочи КОН, время травления составляло 12 минут при 600°С. При использовании данного способа получили гексогональные структуры, а так же системы положительный и отрицательный кристалл, выполненные в том же дизайне. При этом полученные ограненные структуры повышают оптические свойства кристалла, в частности коэффициент отражения увеличился в 1,2 раза.The silicon carbide crystal of the 6H polytype is subjected to laser radiation treatment, while the laser radiation modes were: wavelength 635 nm, pulse duration 10 ns, with a frequency of 40 kHz and a power of 3 W. Laser radiation formed an image of a mesoplanar ring structure with a diameter of 3 μm on the silicon face of silicon carbide with index (0001). The formed sample was subjected to anisotropic chemical etching in a solution of molten alkali KOH, the etching time was 12 minutes at 600 ° C. Using this method, hexagonal structures were obtained, as well as positive and negative crystal systems made in the same design. In this case, the resulting faceted structures increase the optical properties of the crystal, in particular, the reflection coefficient increased by a factor of 1.2.
Пример 2Example 2
Кристалл карбида кремния политипа 6Н подвергают обработке лазерным излучением, при этом режимы лазерного излучения составляли: длина волны 635 нм, длительность импульса 40 нс, с частотой 60 кГц и мощностью 3 Вт и выбирались из необходимой конфигурации получаемых структур. Лазерным излучением формировался образ кольцевой мезопланарной структуры диаметром 2 мкм на грани карбида кремния с индексом 
Пример 3Example 3
Кристалл карбида кремния политипа 6Н подвергают обработке лазерным излучением, при этом режимы лазерного излучения составляли: длина волны 635 нм, длительность импульса 10 нс, с частотой 40 кГц и мощностью 3 Вт. Лазерным излучением формировался образ кольцевой мезопланарной структуры диаметром 1,5 мкм на грани карбида кремния с индексом 
На чертеже представлены различные модификации поверхностей карбида кремния, обработанные предложенным способом, при этом в зависимости от обрабатываемой грани получаются гексагональные, ромбические и квадратные мезаструктуры с различной огранкой.The drawing shows various modifications of the surfaces of silicon carbide, processed by the proposed method, while, depending on the facet to be processed, hexagonal, rhombic and square mesa structures with different facets are obtained.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет управлять процессом модификации поверхности кристаллов карбида кремния и получать структуры различной формы и огранки для решения различных задач, связанных с формированием рисунка и его оптических свойств. Технический результат достигнут полностью.Thus, the proposed invention makes it possible to control the process of modifying the surface of silicon carbide crystals and to obtain structures of various shapes and facets for solving various problems associated with the formation of a pattern and its optical properties. The technical result has been fully achieved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020113237A RU2745736C1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Method of surface modification of silicon carbide crystals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020113237A RU2745736C1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Method of surface modification of silicon carbide crystals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2745736C1 true RU2745736C1 (en) | 2021-03-31 |
Family
ID=75353316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020113237A RU2745736C1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Method of surface modification of silicon carbide crystals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2745736C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11199395A (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-27 | Showa Denko Kk | Production of silicon carbide single crystal |
| RU2252280C2 (en) * | 2000-02-04 | 2005-05-20 | Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) | Method of shaping high-melting and chemically stable materials |
| RU2468467C2 (en) * | 2010-01-28 | 2012-11-27 | Кэнон Кабусики Кайся | Liquid composition, method of producing silicon substrate and method of producing liquid discharge head substrate |
| CN107452763A (en) * | 2016-04-08 | 2017-12-08 | 三星电子株式会社 | Semiconductor devices |
| RU2724142C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-06-22 | Акционерное общество "ОКБ-Планета" АО "ОКБ-Планета" | Method of producing different types of silicon carbide surface morphology |
-
2020
- 2020-03-26 RU RU2020113237A patent/RU2745736C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11199395A (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-27 | Showa Denko Kk | Production of silicon carbide single crystal |
| RU2252280C2 (en) * | 2000-02-04 | 2005-05-20 | Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) | Method of shaping high-melting and chemically stable materials |
| RU2468467C2 (en) * | 2010-01-28 | 2012-11-27 | Кэнон Кабусики Кайся | Liquid composition, method of producing silicon substrate and method of producing liquid discharge head substrate |
| CN107452763A (en) * | 2016-04-08 | 2017-12-08 | 三星电子株式会社 | Semiconductor devices |
| RU2724142C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-06-22 | Акционерное общество "ОКБ-Планета" АО "ОКБ-Планета" | Method of producing different types of silicon carbide surface morphology |
Non-Patent Citations (3)
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3433048B1 (en) | Combined laser treatment of a solid body to be split | |
| US4534827A (en) | Cutting implement and method of making same | |
| CA2511670C (en) | Tunable cvd diamond structures | |
| JP6024860B2 (en) | Diamond composite and method for producing diamond | |
| CN105556649B (en) | The internal stress evaluation method of silicon carbide single crystal wafer and the warpage Forecasting Methodology of silicon carbide single crystal wafer | |
| CN105717137B (en) | Method for detecting micro-defects of quartz glass | |
| EP2532469A1 (en) | Substrate having surface microstructure | |
| Windholz et al. | Nanosecond pulsed excimer laser machining of chemical vapour deposited diamond and highly oriented pyrolytic graphite: Part I An experimental investigation | |
| Zhao et al. | Research on ground surface characteristics of prism-plane sapphire under the orthogonal grinding direction | |
| Carpenter et al. | Low optical-loss facet preparation for silica-on-silicon photonics using the ductile dicing regime | |
| RU2745736C1 (en) | Method of surface modification of silicon carbide crystals | |
| Wang et al. | Nanometric cutting mechanism of silicon carbide | |
| CN113334592A (en) | Method for cutting silicon carbide crystal | |
| JP2015074002A (en) | Internal processing layer-forming single crystal member, and manufacturing method for the same | |
| Wegner et al. | Preferential chemical etching of terrestrial and lunar olivines | |
| Steijn | Sliding and wear in ionic crystals | |
| Parks et al. | Fabrication of (111)-faced single-crystal diamond plates by laser nucleated cleaving | |
| Jagerová et al. | Surface modification by high-energy heavy-ion irradiation in various crystalline ZnO facets | |
| Davisson | Surface finishing of alkali halides | |
| Suszyńska | Effect of impurity concentration and plastic deformation on dislocation density of KCl crystals | |
| Bondokov et al. | A method for defect delineation in silicon carbide using potassium hydroxide vapor | |
| Faust Jr | Studies on surface preparation | |
| Jiang et al. | Atomic force microscopy studies on liquid inclusions and induced defects of cadmium mercury thiocyanate crystal | |
| RU2623681C1 (en) | Method of obtaining periodic profiles on surface of parathellurite crystals | |
| Danyluk | Surface property modification of silicon |