Магнитореологическое полирование поверхностей карбида кремния до ангстремного уровня шероховатости

Монокристаллический карбид кремния является перспективным полупроводниковым материалом третьего поколения. Благодаря большой величине запрещённой зоны электроника на его основе может выдерживать экстремальные температуры эксплуатации до 500 °С и выше и устойчива к радиационному воздействию. Высокоточная полировка пластин из карбида кремния позволяет повысить надёжность электронных компонент, изготавливаемых на его основе. В работе представлены результаты финишной полировки магнитореологическим методом монокристаллов карбида кремния политипов 4Н и 6Н, а также реакционно-спечённой двухфазной Si-SiC (6H и 15R) керамики. Достигнуты ангстремные значения шероховатости (Ra = 1,6 Å для монокристаллов 4Н-SiC и 2,2 Å для 6Н-SiC), сравнимые с длиной связи Si-C (≈ 1,9 Å) и соответствующие лучшим мировым аналогам, получаемым при полировке другими известными методами. В результате полировки монокристаллов SiC с начальной шероховатостью 50 и 1030 Å в течение 1 ч достигается одно и то же конечное и, возможно, предельное значение Ra ≈ 2 Å. Для реакционно-спечённой керамики характерны значения Ra порядка 10 Å, обусловленные перепадом высоты профиля на границах фаз Si и SiC вследствие различий их твёрдости и уноса материала при полировке.

1. Лебедев А.А. Электроника на основе SiC (к 100-летию Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН) / А.А. Лебедев [и др.] // Успехи физических наук. – 2019. – Т. 189. – № 7. – С. 803–848. DOI: 10.3367/UFNr.2018.10.038437

2. Grinchuk P.S. Advanced reaction-bonded SiC ceramics for space mirror blanks / P.S. Grinchuk [et al.] // Journal of Manufacturing Processes. – 2024. – Vol. 113. – P. 275–290. DOI: 10.1016/j.jmapro.2024.01.069

3. Izhevskyi V.A. Review article: Silicon carbide. Structure, properties and processing / V.A. Izhevskyi [et al.] // Ceramica. – 2000. – Vol. 46, № 297. – P. 4–13. DOI: 10.1590/S0366-69132000000100002

4. Chen G. Chemical mechanical polishing of silicon carbide (SiC) based on coupling effect of ultrasonic vibration and catalysis / G. Chen, Z. Hu, G. Pan, J. Lu, J. Guo // Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2023. – Vol. 11, № 5. – P. 111080. DOI: 10.1016/j.jece.2023.111080

5. Deng H. Damage-free finishing of CVD-SiC by a combination of dry plasma etching and plasma-assisted polishing / H. Deng, K. Endo, K. Yamamura // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2017. – Vol. 115. – P. 38–46. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2016.11.002

6. Патент 1563878 СССР, МПК B24B 31/112. Способ магнитно-абразивной обработки / В.Н. Чачин, Н.С. Хомич, В.С. Яркович, Л.К. Глеб, Г.Р. Городкин; заявитель и патентообладатель Белорусский политехнический институт. – № 4321165/25-08 ; заявл. 21.03.1988 ; опубл. 23.05.1990, Бюл. № 19.

7. Патент 5449313 США, МПК B24B 31/112. Magnetorheological polishing devices and methods / W.I. Kordonsky, I.V. Prokhorov, S.R. Gorodkin, G.R. Gorodkin, L.K. Gleb, B.E. Kashevsky; патентообладатель Byelocorp Scientific Inc. – № 08/141,803; заявл. 27.10.1993 ; опубл. 12.09.1995.

8. Du H. Study on Surface Roughness of Modified Silicon Carbide Mirrors polished by Magnetorheological Finishing / H. Du, C. Song, S. Li // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 301. – P. 012164. DOI: 10.1088/1757-899X/301/1/012164

9. Кан В.Е. Исследование поверхности и подповерхностного слоя подложек, полученных из CVD-алмазов после ультратонкой полировки / В.Е. Кан [и др.] / Журнал технической физики. – 2025. – Т. 95, № 2. – С. 351–356. DOI: 10.61011/JTF.2025.02.59731.357-24

10. Худолей А.Л. Магнитореологическая обработка точных изделий / А.Л. Худолей // Наука и инновации. – 2018. – № 11 (189). – С. 31–39.

11. Zhao F. Advanced nonlinear rheology magnetorheological finishing: A review / F. Zhao [et al.] // Chinese Journal of Aeronautics. – 2024. – Vol. 37, № 4. – P. 54– 92. DOI: 10.1016/j.cja.2023.06.006

12. Zhang Z. Challenges and strategies in high-accuracy manufacturing of the world’s largest SiC aspheric mirror / Z. Zhang [et al.] // Light: Science & Applications. – 2022. – Vol. 11. – P. 310. DOI: 10.21203/rs.3.rs-1835299/v1

13. Ma G. A Review on Precision Polishing Technology of Single-Crystal SiC / G. Ma [et al.] / Crystals. – 2022. – Vol. 12, № 1. – P. 101. DOI: 10.3390/cryst12010101