Способ модификации поверхности кристаллов карбида кремния Российский патент 2021 года по МПК H01L21/302 B82Y40/00 

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).

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).

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.

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).

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.

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.).

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.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение универсальности способа создания мезапланарных структур.

Технический результат заявленного решения - создание мезапланарных карбидокремниевых структур различной формы и огранки.

Способ осуществляется следующим образом:

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.

Пример 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.

Пример 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 Сформированный образец подвергался анизотропному химическому травлению в растворе расплавленного пероксида натрия (Na₂O₂), время травления составляло 15 минут при 600°С.При использовании данного способа получили ромбические 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 1,8 раз.

Пример 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 Сформированный образец подвергался анизотропному химическому травлению в растворе расплавленной щелочи КОН, время травления составляло 12 минут при 600°С. При использовании данного способа получили квадратные 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 1,3 раза.

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.

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.

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). Предлагается способ модификации поверхности кристаллов карбида кремния, включающий лазерное облучение поверхности и анизотропное химическое травление граней карбида кремния различной ориентации. Способ 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. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает создание мезапланарных карбидокремниевых структур различной формы и огранки. 1 ил.

Способ модификации поверхности кристаллов карбида кремния, включающий лазерное облучение поверхности и травление граней карбида кремния различной ориентации, отличающийся тем, что на поверхности граней карбида кремния различной ориентации формируют мезапланарные структуры, а травление осуществляется анизотропным химическим травлением.