Siliconcarbide (SiC) speelt door zijn uitstekende mechanische, thermische en elektrische eigenschappen een cruciale rol in geavanceerde industriële toepassingen zoals halfgeleiders,hoogtemperatuurapparatenHet gebruik van laserbewerking is in de meeste gevallen een van de meest gebruikte methoden voor het verwerken van lasermateriaal.met een hoge precisieHet is daarom een belangrijke mogelijkheidstechnologie voor SiC-fabricage geworden.De recente vooruitgang op het gebied van ultrasnelle lasertechnologieën heeft de verwerkingsmogelijkheden van SiC aanzienlijk uitgebreid, die de snelgroeiende vraag van de hightech-industrieën, met name de halfgeleiderindustrie, drijft.
Dit overzicht onderzoekt systematisch de stand van de techniek op het gebied van laserbewerking van SiC, met inbegrip van lasersystemen, fundamentele interactiemechanismen, opkomende technieken, toepassingen,en de huidige uitdagingenIn het kader van het programma worden de volgende onderwerpen behandeld:de toepassingen van SiC in verschillende sectoren worden samengevat, en een kritische analyse van bestaande uitdagingen, toekomstige onderzoeksrichtingen en opkomende kansen die dit snel evoluerende gebied kunnen vormen.

1Inleiding

Siliciumcarbide (SiC) is een breedbandsemiconductormateriaal dat veel aandacht heeft getrokken vanwege zijn uitzonderlijke hardheid, hoge thermische geleidbaarheid, superieure chemische traagheid,en uitstekende elektrische prestaties bij hoge temperaturen en hoge spanningenDeze eigenschappen maken SiC onmisbaar in krachtelektronica, opto-elektronica, luchtvaartsystemen, hoogtemperatuurapparatuur en slijtvaste componenten.de intrinsieke materiële eigenschappen van SiC vormen een belangrijke uitdaging voor traditionele mechanische en chemische bewerkingsprocessen, met name wat betreft slijtage van het gereedschap, lage efficiëntie en beperkte bereikbare precisie.

Laserverwerking is een krachtig alternatief geworden, dat contactloze werking, hoge ruimtelijke resolutie en de mogelijkheid om complexe geometrieën te verwerken biedt. 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 accuracyDaarom is de op laser gebaseerde SiC-verwerking een onderzoekscentrum geworden en een ondersteunende technologie voor de volgende generatie halfgeleiders en hoogwaardige apparaten.

2. Eigenschappen van SiC- en laserverwerkingstechnologieën

De verscheidenheid aan toepassingen voor laserbewerking van SiC weerspiegelt de verscheidenheid van de kristalstructuren en eigenschappen (figuur 1 en figuur 3).4H-SiCen6H-SiC, vertonen duidelijke roosterarrangementen, anisotrope eigenschappen en optisch absorptiegedrag, die allemaal een sterke invloed hebben op laser-materiaalinteracties.

Moderne laserverwerkingssystemen voor SiC omvatten een breed scala aan configuraties (figuur 4), waaronder op objectieven gebaseerde scherpstellingssystemen, galvanometerscannersystemen, dubbel-impuls bestralingsinstallaties,met een vermogen van meer dan 50 W, vectorpolariseerde lasers, hybride vectorstraalsystemen, asynchrone tweeledige straalsnijconfiguraties, laser-waterstraalhybride systemen, watergeleide lasers en onderwaterlaserverwerkingsplatforms.Deze systemen zijn ontworpen om de energievoorziening op maat te maken, verbeteren van de verwijdering van afvalstoffen, onderdrukken van thermische effecten en verbeteren van de kwaliteit van de verwerking.

3. Laser-SiC-interactiemechanismen

Het begrijpen van de interactie-mechanismen van laser-materiaal is essentieel voor het optimaliseren van SiC-laserverwerking.met inbegrip van fotonenabsorptie, dragerexcitatie, elektron-phononcouplage, warmtediffusie, faseovergangen en materiaalverwijdering.

Bij lange-impulslaserverwerking domineren thermische effecten, wat vaak resulteert in smelting, resolidificatie, herschikking van lagen en accumulatie van reststress.Deze effecten kunnen leiden tot het ontstaan en de verspreiding van scheuren.In tegenstelling hiertoe storten ultrasnelle laserpulsen energie op tijdschaal korter dan thermische diffusie.met niet-thermische of zwak thermische ablatie-mechanismen die de warmte-afgeperste zone (HAZ) aanzienlijk verminderenEen enkele pols bestraling kan een plaatselijke vervorming van het raster veroorzaken en een smeltpoelvorming veroorzaken.Terwijl multi-impuls bestraling kan induceren laser-geïnduceerde periodieke oppervlakte structuren (LIPSS) en ondergrondse holtes.

Geavanceerde diagnostische en karakteristieke technieken (figuur 8), zoals akoestische emissiebewaking, plasma-plume-imaging, tijdoplossende ICCD-fotografie, röntgencomputertomografie (XCT),en optische coherentietomografie (OCT), biedt waardevolle inzichten in de vorming van defecten, interne modificaties en ablatie-dynamica tijdens laserbewerking.

4. Laserverwerkingstechnieken voor SiC

4.1 Snijden, boren en microstructuur

Het lasersnijden en boren wordt veel gebruikt voor het vormgeven van SiC-componenten en het vervaardigen van micro- en nanoschaalfuncties.herhalingspercentageIn het kader van de onderzoeksprocedure is uitgebreid gekeken naar de structuur van de gaten en de oppervlakkegehalte (figuur 11 en 12).De combinatie van laserbestraling met chemische etsering verbetert de kwaliteit van het beeld en de beeldverhouding, waardoor de vervaardiging van microholes en kanalen van hoge precisie mogelijk is.

4.2 Aanpassing en polijsten van het oppervlak

Laseroppervlaktexturering verbetert tribologische prestaties, thermische stabiliteit en functionele eigenschappen van SiC-oppervlakken, wat bijzonder waardevol is voor lucht- en ruimtevaart- en defensietoepassingen.Ultrasnelle laserpoeling heeft ook het potentieel aangetoond om de oppervlakte te verbeteren en tegelijkertijd ondergrondse schade te minimaliseren.

4.3 Interne modificatie en fabricage van golfleiders

Femtosecond laser direct writing (FSLDW) maakt het mogelijk om SiC bulkmaterialen in drie dimensies te modificeren, waardoor ingebedde golfleiders en fotonische structuren kunnen worden vervaardigd (figuur 15).Deze mogelijkheden openen nieuwe wegen voor geïntegreerde fotonica en opto-elektronica op basis van SiC.

4.4 Laserstealth snippen en snijden

Laser stealth dicing (LSD) en hybride laser slicing technieken zijn geavanceerde benaderingen voor de verwerking van SiC op waferniveau (figuur 16 en 18).Door het induceren van gecontroleerde interne modificatieschaal en de daaropvolgende scheurverspreiding of selectief etsenDeze methoden maken een hoogwaardige scheiding mogelijk met minimale oppervlakteschade, wat cruciaal is voor de vervaardiging van halfgeleidersubstraten.

5. Toepassingen van laserverwerkte SiC

In de semiconductorindustrie heeft SiC met laserbewerking uitgebreide toepassingen gevonden op verschillende gebieden (figuur 19).lasertechnologieën zijn een integraal onderdeel van de fabricage van krachtoestellen met hoge prestatiesIn de lucht- en ruimtevaart- en defensie-toepassingen profiteren gebruikers van een verbeterde slijtvastheid en thermische stabiliteit die door middel van laseroppervlakte-engineering worden bereikt.Biomedische techniek, de biocompatibiliteit en chemische stabiliteit van SiC maken het een aantrekkelijk materiaal voor geavanceerde sensoren en implanteerbare apparaten.

6Uitdagingen en toekomstperspectieven

Ondanks de aanzienlijke vooruitgang blijven verschillende uitdagingen de grootschalige industriële toepassing van laserverwerking voor SiC beperken.met name onder lange-impulslaserbestralingBovendien moet een optimaal evenwicht worden bereikt tussen de materiaalverwijderingssnelheid (MRR) en de oppervlaktekwaliteit, evenals de complexiteit van de optimalisatie van de laserparameters.een aanzienlijke belemmering vormt voor de schaalbaarheid en kostenefficiëntie van het proces.

Uit wetenschappelijk oogpunt is een dieper onderzoek naar de interactie-mechanismen van laser-SiC nodig.in combinatie met op gegevens gebaseerde en door kunstmatige intelligentie geassisteerde optimaliseringsstrategieën, zullen naar verwachting een cruciale rol spelen bij het verbeteren van de beheersbaarheid en herhaalbaarheid van processen.Verder onderzoek naar driedimensionale micro- en bulkverwerking van SiC is essentieel om te voldoen aan de strenge eisen van de luchtvaart, halfgeleiders en biomedische toepassingen.

Vanuit industrieel oogpunt is de ontwikkeling van hoogwaardige laserbronnen met een hoger vermogen, hogere herhalingspercentages en afstembare pulsduur van cruciaal belang.gezien de brede bandgap en het hoge smeltpunt van SiCDe integratie van laserverwerkingssystemen met robotica en intelligente besturingsplatformen zal volledig geautomatiseerde productiewerkstromen mogelijk maken, waardoor de efficiëntie wordt verbeterd en tegelijkertijd de impact op het milieu wordt verminderd.

7Conclusies

SiC is een veelzijdig en strategisch belangrijk materiaal waarvan de uitzonderlijke eigenschappen het wijdverspreide gebruik in halfgeleiders, hoogtemperatuurapparaten en geavanceerde technische toepassingen ondersteunen.Laserbewerking is de meest veelbelovende aanpak om de inherente bewerkingsproblemen van SiC te overwinnenDeze review heeft een uitgebreide samenvatting gegeven van de recente vooruitgang op het gebied van SiC-laserverwerking, met inbegrip van lasersystemen, interactie-mechanismen,geavanceerde technieken, en toepassingsdomeinen.

Hoewel er nog steeds uitdagingen bestaan zoals thermisch kraken, de complexiteit van procesoptimalisatie en schaalbaarheid, zijn de voortzetting van de vooruitgang op het gebied van ultrasnelle lasertechnologieën, hybride verwerkingsmethoden,Het is de bedoeling dat de ontwikkeling van de technologieën voor het beheer van de luchtverontreiniging en van de intelligente besturingssystemen tot verdere doorbraken zal leiden.Door duurzame multidisciplinaire innovatie zal laserverwerking de rol van SiC in geavanceerde materiaalproductie en geavanceerde technische oplossingen blijven versterken.een robuuste theoretische en technologische ondersteuning bieden voor toekomstig wetenschappelijk onderzoek en industriële toepassingen.