Laser slicing of 4H-SiC wafers based on picosecond laser-induced micro-explosion via multiphoton processes

材料科学 薄脆饼 激光器 碳化硅 蚀刻(微加工) 光电子学 钻石 光栅扫描 光学 切片 复合材料 图层(电子) 机械工程 物理 工程类
作者
Shifei Han,Haijuan Yu,Chaojian He,Shusen Zhao,Chaoyu Ning,Lu Jiang,Xunchun Lin
出处
期刊:Optics and Laser Technology [Elsevier BV]
卷期号:154: 108323-108323 被引量:66
标识
DOI:10.1016/j.optlastec.2022.108323
摘要

Silicon carbide has many advantages and a wide range of applications. The fabrication of a thin silicon carbide wafer using diamond wire cutting has become problematic because it resulted in chipping, delamination, and heating. In this work, it is proved that the 1064 nm picosecond laser creates a multiphoton-induced micro-explosion in 4H-SiC, which confined the microburst layer near the focus of the laser beam and made a cutting width of less than 2 μm. As a result, the 4H-SiC was decomposed into amorphous Si and C owing to the transient high temperature generated. Optimized processing parameters were investigated, such as the etching speed v and etching interval d at the optimized pulse energy of 30 μJ and a laser repetition frequency of 100 kHz. Eventually, two 4H-SiC wafers were successfully manufactured, which have an area of 1 cm × 1 cm and a thickness of 250 μm without residual stress on the sliced surface. The wafer minimum surface roughness was approximately 1.8 μm with a standard deviation of ≤ 0.12 μm. The structure and composition of 4H-SiC were investigated after laser slicing. This technology has critical applications for slicing hard and brittle material and thinning many semiconductors devices' backsides.
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