[發明專利]一種富氧環境中第三代半導體材料的表面改性方法及其裝置

在審

• 申請號: 201910579337.5
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110405345A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 謝小柱;李儉國
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/12;B23K35/38
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明屬于激光制造技術領域，公開了一種富氧環境中第三代半導體材料的表面改性方法及其裝置。利用富氧環境的構建裝置在待加工材料周圍形成富氧氛圍，將富氧容器固定于激光加工裝置工作臺上，從容器開口放入待加工半導體材料，將容器密閉，開啟第四管道使用真空泵排空容器內的空氣至真空表?0.1Mpa，然后分別輸入氧氣和空氣，在混合室內得到氧氣濃度為21～99％的氣體，再通過開啟第三管道輸出富氧氣體，至真空表0.03Mpa時完成構建容器的富氧環境；調整激光加工裝置的工作臺，使激光束能夠透過石英玻璃從開口進入到容器內，并聚焦至半導體材料上表面，最后設定加工圖形與加工參數，運行加工程序，即實現半導體材料的表面改性。

技術領域

本發明屬于激光制造技術領域，更具體地，涉及一種富氧環境中第三代半導體材料的表面改性方法及其裝置。

背景技術

半導體材料中包含第一、二、三代半導體材料，而第三代半導體材料的應用前景巨大，其中，第三代半導體材料以SiC為代表，具有寬帶隙、高臨界擊穿電池、高熱導率、高載流子飽和遷移速度、低相對介電常數、耐高溫和抗輻射等特點，在IC領域具有巨大的應用潛力，其表面加工的質量和精度的優劣，直接影響外延薄膜的質量及其器件的性能。對定向生長、切割后的SiC單晶襯底材料，因其表面缺陷多、表面質量差無法得到直接的應用，需要經歷復雜的超精密表面加工工藝，主要包含：研磨(粗研磨、精研磨)、拋光(機械拋光)和超精密拋光(化學機械拋光)。如果能在切割片基礎上直接進行表面改性(即改變表面的結構特性、成分組成等賦予材料新的性能)，開發出半導體材料帶來的其他新應用，如表面改性后在摩擦、粘附、光學吸收或反射、親疏水性方面的特性，以及使改性表面達到甚至超越傳統工藝中研磨、拋光的表面平整化效果，將是對SiC材料加工的一個新突破。

對SiC晶片進行表面改性，相比與金屬表面改性有許多難以克服的困難存在，因為SiC材料具有很高的化學穩定性、惰性，常見的化學處理、表面涂層等均不適用，所以鮮有方法能對SiC材料進行表面改性，目前還僅在表面加工方面有大量學者進行研究。但同樣由于SiC單晶材料的硬度極大，且化學惰性，同時SiC單晶材料的壓縮強度高于其彎曲強度，表現為較大的硬脆性，使得表面加工困難。在表面加工中，對SiC晶片進行研磨和機械拋光均是利用機械作用力實現表面的平整化，雖然可以去除切割過程中造成的SiC切片表面的刀痕以及表面損傷層，但同時也會形成新的的殘留應力層和機械損傷層，這是機械作用下難以避免的；而化學機械拋光是結合機械作用和化學反應作用進行最終的表面平整化，使之表面達到高質量，在IC領域得到應用。所以總體說來，SiC晶片難加工、加工成本高，以及難實現表面改性是限制其快速發展的關鍵。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的不足和缺點，本發明首要目的在于提供一種富氧環境中第三代半導體材料的表面改性方法。利用氧氣氛圍的控制，調節、改善激光加工過程中的化學反應活性，定向控制晶片表面性質的改變，不僅解決了第三代半導體材料因化學惰性、硬脆特性精細加工困難、效率極低，更難以完成定向表面改性的問題。而且也解決了第三代半導體單晶切割片因為表面劃痕和缺陷多無法得到直接應用，而后續表面精密加工工藝復雜的問題。解決激光誘導第三代半導體材料晶片表面改性時，改性表面呈現多層性質，而結構可控性好，成分含量可控性差的問題。

本發明的另一目的在于提供一種實現上述改性方法的富氧環境的構建裝置。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：

一種富氧環境中第三代半導體材料的表面改性方法，包括如下具體步驟：