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Le carbure de silicium (SiC) est non seulement un matériau stratégique essentiel à la défense nationale, mais aussi une technologie fondamentale pour les industries automobile et énergétique mondiales. La toute première étape de la fabrication des plaquettes de SiC consiste à découper des lingots de SiC cultivés en masse en fines plaquettes. La qualité de ce processus de découpe détermine directement l'efficacité et le rendement des étapes ultérieures d'amincissement et de polissage. Cependant, les méthodes de découpe conventionnelles introduisent souvent des fissures à la surface et en subsurface des plaquettes, ce qui augmente les taux de casse des plaquettes et fait grimper les coûts de production. Par conséquent, minimiser les dommages de surface pendant la découpe est vital pour faire progresser les technologies de fabrication de dispositifs en SiC.

À l'heure actuelle, la découpe des plaquettes de SiC est confrontée à deux défis majeurs :

1. Des pertes de matière importantes avec le sciage multifil traditionnel.
   En raison de la dureté et de la fragilité extrêmes du SiC, le sciage et le polissage sont techniquement exigeants, ce qui entraîne souvent une déformation importante des plaquettes, des fissures et un gaspillage excessif de matière. Selon les données d'Infineon, les méthodes de sciage au fil diamanté alternatif traditionnelles n'atteignent qu'environ 50 % d'utilisation de la matière au stade de la découpe. Après le meulage et le polissage, le rendement effectif peut chuter de 75 % (avec une perte totale par plaquette d'environ 250 µm), ne laissant qu'une proportion relativement faible de plaquettes utilisables.

2. Des cycles de traitement longs et un faible débit.
   Les statistiques de production internationales montrent que, en fonctionnement continu 24 heures sur 24, la fabrication de 10 000 plaquettes nécessite environ 273 jours. Répondre à la demande du marché avec la technologie du sciage au fil nécessite donc un nombre massif de machines et de consommables. De plus, la méthode entraîne une mauvaise rugosité de surface, une contamination importante et de lourdes charges environnementales (poussière, eaux usées, etc.).

Pour relever ces défis, l'équipe de recherche dirigée par le professeur Xiu Xiangqian de l'université de Nanjing a développé un équipement de découpe laser SiC de grand diamètre. En appliquant des techniques de découpe laser avancées, le système réduit considérablement les pertes de matière tout en améliorant considérablement le débit. Par exemple, lors du traitement d'un lingot de SiC de 20 mm, le nombre de plaquettes produites par découpe laser est plus de double de celui obtenu par sciage au fil conventionnel. De plus, les plaquettes découpées au laser présentent des propriétés géométriques supérieures, et l'épaisseur des plaquettes peut être réduite à seulement 200 µm, ce qui augmente encore le rendement par lingot.

L'avantage concurrentiel de ce projet réside dans sa maturité technologique. Un prototype de l'équipement de découpe laser à grande échelle a déjà été développé et démontré avec succès dans :

• La découpe et l'amincissement de plaquettes de SiC semi-isolantes de 4 à 6 pouces

• La découpe de lingots de SiC conducteurs de 6 pouces

• Validation en cours pour la découpe de lingots de SiC de 8 pouces

Ce système offre des cycles de découpe plus courts, une production annuelle de plaquettes plus élevée et une perte de matière par plaquette plus faible, ce qui permet d'obtenir une amélioration de plus de 50 % du rendement par rapport aux méthodes conventionnelles.

D'un point de vue commercial, l'équipement de découpe laser SiC de grand diamètre est sur le point de devenir la technologie de base pour la production de plaquettes de SiC de 8 pouces. Actuellement, un tel équipement est presque exclusivement importé du Japon, avec des coûts élevés et d'éventuelles restrictions à l'exportation. La demande intérieure d'équipement de découpe/d'amincissement au laser devrait dépasser 1 000 unités, mais aucun fournisseur national mature n'existe aujourd'hui. Le système développé par l'université de Nanjing possède donc un potentiel de marché substantiel et une valeur économique énorme.

Au-delà du SiC, cette plateforme de découpe laser peut également être étendue à d'autres matériaux semi-conducteurs et optiques avancés, notamment le nitrure de gallium (GaN), l'oxyde de gallium (Ga₂O₃) et le diamant synthétique, ce qui élargit encore son application industrielle.