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Le carbure de silicium (SiC) est non seulement une technologie essentielle pour la sécurité de la défense nationale, mais aussi un matériau clé qui stimule les progrès dans les industries automobile et énergétique mondiales. Dans la chaîne de traitement des monocristaux de SiC, le tranchage du lingot cultivé en plaquettes est la toute première étape, et la performance de cette étape de tranchage détermine l'efficacité et la qualité des processus d'amincissement et de polissage ultérieurs. Cependant, le tranchage des plaquettes induit souvent des fissures de surface et de subsurface, ce qui augmente considérablement les taux de casse des plaquettes et les coûts de fabrication globaux. Par conséquent, le contrôle des dommages causés par les fissures de surface pendant le tranchage est d'une grande importance pour l'avancement de la fabrication de dispositifs en SiC.

À l'heure actuelle, le tranchage des lingots de SiC est confronté à deux défis majeurs :

1. Perte de matière importante dans le sciage multifil
   Le SiC est un matériau extrêmement dur et fragile, ce qui rend la coupe et le polissage très difficiles. Le sciage multifil conventionnel entraîne souvent un gauchissement, une déformation et des fissures importantes pendant le traitement, ce qui entraîne une perte de matière substantielle. Selon les données d'Infineon, selon la méthode traditionnelle de sciage au fil diamanté abrasif fixe alternatif, le taux d'utilisation des matériaux pendant le tranchage n'est que d'environ 50 %. Après le meulage et le polissage ultérieurs, la perte cumulée peut atteindre 75 % (environ 250 µm par plaquette), ne laissant qu'une portion utilisable très limitée.

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1. Cycle de traitement long et faible débit
   Les données de production internationales montrent qu'avec un fonctionnement continu 24 heures sur 24, la production de 10 000 plaquettes peut prendre environ 273 jours. Pour répondre à la demande du marché, de grandes quantités d'équipements de sciage au fil et de consommables sont nécessaires. De plus, le sciage multifil introduit une rugosité de surface/interface élevée et provoque de graves problèmes de contamination tels que la poussière et les eaux usées.

Pour relever ces défis critiques, l'équipe de recherche du professeur Xiangqian Xiu de l'université de Nanjing a développé un équipement de tranchage laser SiC à grande échelle. Cette technologie innovante adopte le tranchage laser au lieu du sciage au fil, ce qui réduit considérablement la perte de matière et augmente l'efficacité de la production. Par exemple, en utilisant un seul lingot de SiC de 20 mm, le nombre de plaquettes produites par tranchage laser est plus du double de celui du sciage au fil conventionnel. De plus, les plaquettes tranchées au laser présentent des propriétés géométriques supérieures, avec une épaisseur de plaquette unique réduite à seulement 200 µm, ce qui augmente encore le rendement des plaquettes.

Avantages concurrentiels
Le projet a mené à bien le développement d'un système de tranchage laser prototype de grande taille, réalisant le tranchage et l'amincissement de plaquettes de SiC semi-isolantes de 4 à 6 pouces, ainsi que de lingots de SiC conducteurs de 6 pouces. La validation pour le tranchage de lingots de SiC de 8 pouces est en cours. L'équipement offre de multiples avantages, notamment des temps de tranchage plus courts, une production annuelle de plaquettes plus élevée et une perte de matière par plaquette plus faible, avec une amélioration globale du rendement de production dépassant 50 %.

Perspectives du marché
L'équipement de tranchage laser SiC à grande échelle devrait devenir l'« outil principal pour le traitement futur des lingots de SiC de 8 pouces ». Actuellement, un tel équipement dépend fortement des importations en provenance du Japon, qui sont non seulement coûteuses, mais également soumises à des restrictions à l'exportation. La demande intérieure d'équipement de tranchage et d'amincissement laser SiC dépasse 1 000 unités, mais aucune solution nationale mature n'est commercialement disponible. Par conséquent, l'équipement de tranchage laser SiC à grande échelle développé par l'université de Nanjing possède un potentiel de marché et une valeur économique considérables.Au-delà des applications SiC, ce système de tranchage laser peut également être appliqué à d'autres matériaux avancés tels que le nitrure de gallium (GaN), l'oxyde de gallium (Ga₂O₃) et le diamant, élargissant ainsi ses perspectives d'application industrielle.