金刚石在高频高压条件下具有广泛且不可替代的应用优势和前景，被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料，被业界誉为“终极半导体”。由于金刚石硬度非常高,作为一种难加工硬脆材料,传统的加工方式不能完全满足加工精度和效率。晟光硅研推出微射流激光技术很好的给出了解决方法，该技术一次切割完成的晶片表面形貌已接近CMP处理水平，目前已成功完成6英寸碳化硅晶锭的滚圆、切片及划片。

金刚石作为半导体材料的应用存在问题

尽管金刚石在半导体材料应用方面具有诸多优势，但仍存在以下问题亟需解决：

（一）缺乏大尺寸金刚石衬底，阻碍了大尺寸金刚石的生长，通过马赛克法将小尺寸衬底拼接，可以制备出大尺寸单晶，但在拼接处存在缺陷，影响金刚石膜的质量，并且采用拼接方法制备的大面积衬底并不能增加后续的器件工艺中单位面积的器件数量，阻碍了金刚石的应用。

（二）需要更加深入的研究金刚石p型和n型掺杂。金刚石n型掺杂一直是困扰科学家们的难题，除了采用改变磷源和降低载流子浓度的方法外，还可以尝试寻找比磷更合适的掺杂元素，以实现金刚石更好的n型导电性能。

（三）实验得到的金刚石器件的性能还未达到预期效果。这主要存在两个问题，其一是难以控制外延膜的掺杂，为了控制金刚石功率器件的电场和串联电阻，需要精确控制选择性区域的掺杂浓度；其二是器件制备工艺存在一定的困难。材料制备、器件设计及制造和应用研究方面的紧密结合，可以将培育金刚石器件的研究推上一个新的台阶。

传统切割技术

目前，切割金刚石的主要方式有水刀切割、电火花切割和激光切割。采用传统的机械和化学法很难对其进行加工，目前较为成熟的的是激光切割。激光切割的过程为脉冲激光与金刚石表面的二级作用，光子以双光子或多光子的方式与金刚石晶格作用，首先高功率激光束使材料聚焦处表面发生石墨化，之后石墨化的表面在下一束脉冲激光的作用下石墨化表面升华。从原理上可以看出，激光切割具有较其他方式独特的优势，即无接触式加工、效率高、切缝小、热影响区域小等优点。虽然激光切割金刚石有很多优点，但由于金刚石对紫外光比红外光的吸收比更高，这样，波长更短的准分子激光用于金刚石切割更为可取。但目前还不能得到具有适合脉冲能量，光束质量和脉冲重复率的准分子激光器，而且准分子激光器价格昂贵，不易商品化。同时，但对于金刚石切割来说，金刚石吸收光的关键是在高温时金刚石表面遭受到的石墨化效应，石墨化过程是金刚石有效烧蚀的过程，形成500μm所需材料，其激光损耗厚度约为1200μm，对材料本身的损耗相对较大，结合晶体材料本身超长的生长周期，以及成锭尺寸有限，其加工让使用者颇为头疼。

微射流激光切割

晟光硅研推出微射流激光技术加工金刚石材料，基于技术的独特性，在加工效率、加工损耗、成品面型、碳化影响等方面，得到了客户的一致好评，该技术已成功完成6英寸碳化硅晶锭的滚圆、切片及划片，同时技术兼容8英寸晶体滚圆、切片。有分析称，此一技术已比肩海外垄断企业的衬底供应，具有国产替代作用。经过打样及承接缺口加工的技术积累迭代，已经形成完备的可销售标准化设备，为金刚石客户降本助力。

微射流激光切割工作原理

激光微射流系统喷嘴的直径范围为25至120微米，低压水流量比这小15%。利用内部连续反射光束的能量，水流本质上成为一个完美的圆柱形叶片，在其轨迹中留下完美的直壁。在没有引导水流的情况下，激光束是自然的锥形，从源变窄到特定焦点然后再次向外展开。因此，必须严格控制切削深度和焦点位置，以避免切削中出现不必要的锥度，水的添加消除了这个问题。根据西诺瓦公司提供的数据，在水射流及其内部的激光开始分离之前，水射流可以投射到距离喷嘴直径1000倍的距离（最大工作范围为100毫米）。切口宽度与喷嘴直径紧密匹配，精度和重复性以微米为单位。

虽然激光在原始速度和精度方面可能无懈可击，但只有某些应用才会让它去直接熔化材料。通常，激光烧蚀的性质阻止了它在工件上的使用，因为在切削区域周围的热影响区内，可能发生微裂纹、变形和其他条件的不利影响。在激光微射流系统中，围绕光束的发丝般细的水流在激光脉冲之间的微秒间隙中吸收这种热量。水射流不仅仅消除了切削区域的热量，它还带走了烧蚀的废料和任何其他可能作为碎屑粘附在工件上的污染物，获得更清洁的切削结果，并且可能终结去毛刺和其他下游的操作。此外，水的消耗也很低，大约2～3升／小时，并且施加在材料上的力是可忽略的小于0.1牛顿。

微射流激光切割于航天领域作用

陶瓷基复合材料（CMC）在航空发动机、高超声速飞行器上的应用正不断扩大，其高可靠性和高精度的加工，对于以金属为对象的传统加工工艺技术体系是一个重大挑战。

激光技术作为一种解决方案，可提高加工效率并终结刀具的重复性成本，但激光产生的热量会传导到材料中，可能会产生微裂纹和材料变性；激光在光束的焦点处切削，还会导致V形切口影响公差的精确控制。与传统激光器相比，该技术不会让材料燃烧或发生热退化，产生的毛刺更少可以使表面更光滑，还能够实现直边切削和更高的精度。

激光微射流工艺的应用，进一步说明了激光在航空制造中占有越来越重要的地位。激光微射流能够提升陶瓷基复合材料和碳纤维复合材料的加工效率与成品质量。随着航空复合材料应用的继续扩大，今后类似的创新工艺还将不断涌现以颠覆现有的以面向金属加工为主开发的传统工艺。

公司简介

晟光硅研成立于2021年2月，专注滚圆/切片/划片设备及工艺定型之余，同时拓宽服务特种材料探索及代工，从碳化硅成熟应用为起点，打样测试及代工包括但不局限于：氮化镓晶体、超宽禁带半导体材料（金刚石、氧化镓）、航空航天特种材料、陶瓷复合材料、闪烁晶体等，解决硬、脆、贵材料加工瓶颈。

晟光硅研拥有半导体加工设备领域核心技术专利9项，其掌握的微射流激光切割技术，已经成功完成6英寸碳化硅晶锭的切割，可实现碳化硅单晶衬底制备。

晟光硅研是航天基地科技成果就地转化项目，技术团队包括来自西安电子科技大学、中国工程物理研究院、山东大学、西北工业大学、yole等相关行业高校和研究机构的专家。

晟光硅研发明了微射流激光切割技术，该技术一次切割完成的晶片表面形貌已接近CMP处理水平，目前已成功完成6英寸碳化硅晶锭的滚圆、切片及划片，同时根据客户需求拓展技术工艺，实现了晶锭籽晶剥离、定位边处理、端面处理、异型晶体切割，衬底边缘修复等工艺延展，已完成18家碳化硅客户的代工和打样。同时晟光硅研以碳化硅的应用为起点，不断拓宽业务领域，已经延伸至氮化镓，超宽禁带半导体氧化镓、金刚石，陶瓷复合基板，航空航天等新领域的客户服务。

未来，该项技术设备也将为航空发动机热端部件制造、航空器CFRP结构件加工、CMC刹车片材料加工、大规模集成电路晶片切割等行业提供领先的解决方案。同时，由于其在三代半切割领域具有独创性、开拓性与先导性，具有非常广泛的推广应用价值也势必引起全球范围内该领域的技术迭代。

文章来源： 宽禁带联盟，每曰生活聚蕉，金融界