Ученые РТУ МИРЭА создали более производительный способ обработки сапфировых пластин для полупроводниковой промышленности. Они подобрали алмазные инструменты с разной зернистостью и составом связующего вещества, что позволило ускорить шлифование и уменьшить количество дефектов.
В пресс-службе РТУ МИРЭА пояснили, что монокристаллический сапфир используют в производстве светодиодов, лазеров, оптических компонентов и СВЧ-электроники. Материал сохраняет свойства при температуре до 2040°C, устойчив к химическому воздействию и пропускает излучение в широком спектральном диапазоне.
Сложность обработки связана с сочетанием высокой твердости и хрупкости сапфира. При применении свободного алмазного порошка на поверхности и под ней возникают микротрещины. Поврежденный слой может достигать 80–120 мкм, поэтому изделия приходится долго и дорого полировать.
Разработчики заменили свободный абразив инструментом с жестко закрепленными алмазными зернами. При такой обработке нагрузка действует преимущественно вдоль поверхности, обеспечивая микрорезание вместо ударного разрушения материала. За счет этого глубину дефектного слоя удалось уменьшить на 30–40%.
Испытания показали, что на черновом этапе лучше всего работает термостабилизированный крупнозернистый инструмент. Скорость удаления сапфира при его использовании выросла почти в 6,5 раза. Для завершающего шлифования выбрали инструмент с графитом, который помогает эффективнее отводить тепло.
Технологический процесс состоит из 3 стадий с постепенным переходом к более мелким алмазным зернам. Он обеспечивает шероховатость менее 0,07 мкм, сокращает финишную полировку и снижает вероятность разрушения пластин толщиной менее 200 мкм. Специалисты продолжают улучшать составы инструментов для завершающей обработки.