現今半導體工業(yè)迅猛發(fā)展,市場對于更高性能半導體材料的需求日益增長。金剛石以其獨特的物理與化學特性，在下一代半導體產業(yè)中扮演更重要角色，其具備優(yōu)異的導熱性能、超寬的禁帶結構及較高的載流子遷移率等優(yōu)勢，在高功率、高頻及高溫環(huán)境下的電子器件中展現出巨大的應用潛力。
傳統機械切割工藝在應對金剛石時，面臨著材料損耗大、加工效率低等瓶頸，尤其是在大尺寸金剛石的精密加工中，加工良率的提升與成本的控制成為制約金剛石在尖端科技領域廣泛應用的兩大核心難題。對此，大族激光全資子公司深圳市大族半導體裝備科技有限公司（簡稱：大族半導體）聚力攻克金剛石激光切片技術（QCB for diamond），在金剛石加工領域帶來了顛覆性的創(chuàng)新突破。這項技術不僅極大提升了加工效率與良率，更將有效降低生產成本，為金剛石在高性能電子器件、量子計算、高功率激光等多個前沿科技領域的廣泛應用奠定基礎。
一、技術原理
金剛石的激光切片技術利用激光在材料內部進行非接觸性改性加工，通過精確控制激光在材料內部的作用位置，實現材料的分離。這一技術主要包括兩個步驟：首先，激光束精準聚焦在晶錠的亞表面特定深度，形成一層經過改質的材料區(qū)域。這一步驟中激光誘導的物理和化學變化，使改質層內的材料性質發(fā)生變化，為后續(xù)裂紋的引導擴展打下基礎。通過施加外部應力，如機械力或熱應力，引導裂紋沿著指定平面擴展，實現晶片的無損分離。整個過程中，激光的高能量密度使得材料內部發(fā)生物理和化學變化，確保了分離過程的精確性和高效性。
與碳化硅晶錠不同，金剛石的解理面與晶圓切片方向存在較大的角度差異，這使得剝離面的起伏更難控制。因此，在實際加工過程中，必須精確調節(jié)激光的能量和光學調制，確保激光能量分布均勻、作用位置精確，從而有效控制裂紋的擴展方向及剝離面的平整度。整個過程中，超快激光脈沖的高能量密度引入，使得材料內部超短時間和空間尺度內發(fā)生劇烈的物理和化學變化，這種高精度的能量控制確保了分離過程的精確性和高效性。
相比傳統的機械加工方法，激光切片具有許多顯著優(yōu)勢。它是一種非接觸性加工方式，避免了機械應力對晶錠的損傷，減少了碎裂和微裂紋的風險。激光切片能夠實現極高的加工精度和質量，特別適用于金剛石這種硬度高、脆性大的材料。QCBD激光切片工藝大大減少了材料浪費，提高了材料的利用率及加工效率，這對于高價值的金剛石材料尤為重要。
二、技術現狀及挑戰(zhàn)
目前，在商業(yè)應用方面金剛石激光切片設備尚處于初期研發(fā)階段，與碳化硅晶錠加工技術相比，金剛石切片技術的商業(yè)化進程相對滯后。由于金剛石的物理性質極為特殊，如何在保證切割質量的前提下實現大規(guī)模生產是技術研發(fā)面臨的重大挑戰(zhàn)。
近期大族半導體在金剛石切片領域取得了重要的技術突破，推出了QCBD激光切片技術及其相關設備，實現了金剛石高質量低損傷高效率激光切片。這一成果標志著激光切片技術在金剛石材料加工中取得重要進展，填補了國內在該領域的技術空白。
通過對激光能量的精確調控與光束形態(tài)的調制，大族半導體克服了金剛石解理面{111}與切片方向{100}之間較大角度帶來的加工難題，實現了晶錠的高精度、低損傷剝離。根據大族半導體QCB研究實驗室研究數據顯示，使用該技術，剝離后粗糙度Ra低至3μm以內，激光損傷層可大幅度降低至20μm。這項技術突破將大幅降低金剛石的加工成本，推動其在電子、光學等高端領域的廣泛應用。
三、實例效果
大族半導體研發(fā)的金剛石激光切片技術，憑借卓越的加工效能已成功攻克半導體材料加工技術領域的眾多棘手難題，不僅顯著加速了生產流程，將生產效率推向新高；精細入微的工藝確保了產品質量的飛躍式提升，同時通過優(yōu)化生產流程，有效降低了制造成本，展現出極為廣闊的市場應用前景，這也將引領半導體材料加工技術邁向一個全新的發(fā)展階段。
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