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Efficient and slurryless ultrasonic vibration assisted electrochemical mechanical polishing for 4H–SiC wafers

抛光 材料科学 化学机械平面化 薄脆饼 超声波传感器 复合材料 振动 电化学 机械振动 机械工程 光电子学 声学 电极 工程类 物理 化学 物理化学
作者
Xiaozhe Yang,Xu Yang,Haiyang Gu,Kentaro Kawai,Kenta Arima,Kazuya Yamamura
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:48 (6): 7570-7583 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2021.11.301
摘要

This paper proposes a slurryless, highly efficient polishing method called ultrasonic vibration assisted electrochemical mechanical polishing (UAECMP) to realize 4H–SiC wafers with subnanometer surface roughness. UAECMP involves using ultrasonic vibration to simultaneously assist anodic oxidation of the SiC surface and mechanical removal of the generated oxide layer. The performance of UAECMP was evaluated by experiments and theoretical analyses. For a 4H–SiC (0001) surface, UAECMP achieved a material removal rate (MRR) of 14.54 μm/h, which was 4.5 times greater than that of ordinary electrochemical mechanical polishing (ECMP) and 290 times greater than that of mechanical polishing. Ultrasonic vibration increased the anodic oxidation rate by introducing local transient strain to the SiC surface and increasing the temperatures of the polishing area and electrolyte. The effect increased with the amplitude of the ultrasonic vibration. However, increasing the ultrasonic vibration amplitude also increased the surface roughness due to the large fluctuations of polishing marks caused by the grinding stone and SiC surface impact and the increasing residual oxide. Therefore, we propose a high-efficiency and -quality polishing process for SiC wafers that combines UAECMP and ECMP. The proposed polishing process may help simplify the existing manufacturing process for SiC wafers.
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