2025 年 12 月 11 日，2025（第九屆）國際碳材料大會暨產(chǎn)業(yè)展覽會于上海新國際博覽中心圓滿收官。大族半導(dǎo)體攜多款具備行業(yè)突破性的技術(shù)成果與定制化解決方案重磅亮相，以硬核實力成為全場焦點。其中，全球首發(fā)的金剛石激光剝片機憑借革命性技術(shù)突破引爆現(xiàn)場熱度，吸引了金剛石材料、超精密加工等領(lǐng)域的專業(yè)觀眾駐足交流、深入洽談，充分彰顯了該技術(shù)的市場關(guān)注度與行業(yè)影響力。
在半導(dǎo)體材料的金字塔尖，金剛石憑借5.47eV的超寬帶隙、2200W/(m·K)的熱導(dǎo)率以及極高的載流子遷移率，被學(xué)界和業(yè)界公認(rèn)為“終極半導(dǎo)體”。從高壓功率器件到量子傳感，金剛石承諾了一個性能躍遷的未來。
然而，長期以來，金剛石高昂的制造成本，尤其是材料加工過程中的巨大損耗，成為了阻礙其從實驗室走向規(guī)模化產(chǎn)線的最大障礙。傳統(tǒng)的機械線鋸在處理金剛石時面臨著諸多挑戰(zhàn)：加工時間極長、線耗巨大，且由于鋸切產(chǎn)生的切口損耗往往高達(dá)數(shù)百微米，這對于單克拉成本高昂的金剛石晶錠而言，這種損耗意味著直接的經(jīng)濟損失。此外，機械應(yīng)力引入的亞表面損傷層，后續(xù)需要長時間的研磨拋光去除，進(jìn)一步增加了制造成本。因此，利用激光束在金剛石內(nèi)部進(jìn)行非機械式的超高精細(xì)加工，成為破解金剛石切片難題的唯一可行路徑。
激光剝片技術(shù)利用透光波段激光在材料內(nèi)部的非線性吸收，將超短脈沖激光聚焦于材料內(nèi)部。在此條件下，電子通過多光子電離（Multiphoton Ionization）和雪崩電離（Avalanche Ionization）吸收能量，誘導(dǎo)局部等離子體產(chǎn)生。當(dāng)?shù)入x子體膨脹受到周圍冷晶格的約束時，會產(chǎn)生極高的沖擊波，導(dǎo)致微米尺度的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生永久性改變并誘導(dǎo)出裂紋。通過控制改質(zhì)點的位置從而產(chǎn)生應(yīng)力場，驅(qū)動裂紋沿晶體解理面或預(yù)設(shè)路徑水平擴展，完成晶圓分離。
要在金剛石材料中重現(xiàn)這一技術(shù)過程，學(xué)術(shù)界與工程界面臨的共同挑戰(zhàn)在于晶體各向異性引發(fā)的裂紋偏轉(zhuǎn)，這也是金剛石切片中最底層的晶體學(xué)難題。目前，工業(yè)級高質(zhì)量CVD金剛石主要沿<100>方向生長。但金剛石的天然解理面是表面能最低的 {111} 面群，(100) 面與 {111} 面之間存在 54.74度的固有夾角。在激光誘導(dǎo)裂紋擴展時，物理規(guī)律傾向于讓裂紋沿著能量阻力最小的 {111} 面擴展。如果光斑誘導(dǎo)的應(yīng)力場對裂紋的約束力不足以克服這種晶體各向異性，裂紋就會偏離預(yù)設(shè)的 (100) 平面，發(fā)生不可控的偏轉(zhuǎn)或跳躍，導(dǎo)致切片表面出現(xiàn)宏觀的臺階狀斷裂，甚至晶圓破碎，嚴(yán)重影響加工良率。
大族半導(dǎo)體自主研發(fā)的QCB-D技術(shù)，通過先進(jìn)光子學(xué)時空動態(tài)調(diào)控，在加工時精確控制金剛石石墨化的區(qū)域的空間形狀，從而在微觀尺度上重構(gòu)了裂紋擴展的動力學(xué)環(huán)境。該技術(shù)的核心突破在于通過將改質(zhì)單元調(diào)制為非球?qū)ΨQ形態(tài)，能夠人為地最大化(100) 晶面的張應(yīng)力張量，同時有效抑制沿 {111} 滑移系的剪切分力。這種精準(zhǔn)的應(yīng)力場調(diào)控相當(dāng)于在晶體內(nèi)部強行構(gòu)建了一條能量阻力更低的“人工解理通道”，使裂紋嚴(yán)格鎖定在預(yù)設(shè)的 (100) 平面內(nèi)進(jìn)行水平擴展。這一突破徹底解決了裂紋隨機偏轉(zhuǎn)與臺階跳躍難題，確保了在大尺寸晶圓切片中實現(xiàn)極高的斷面平整度與極快的加工效率，損耗低至80μm，加工效率<15min@(25mm*25mm)。業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)表明大族QCB-D技術(shù)優(yōu)勢突出、行業(yè)領(lǐng)先，廣受客戶肯定。
當(dāng)前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正朝著極致性能與高效生產(chǎn)的方向加速演進(jìn)，大族半導(dǎo)體QCB-D技術(shù)的突破具有里程碑意義：不僅攻克了金剛石剝片領(lǐng)域的長期技術(shù)瓶頸，更以優(yōu)異的工藝表現(xiàn)為其規(guī)模化應(yīng)用掃清了關(guān)鍵障礙。展望未來，大族半導(dǎo)體將持續(xù)深耕與創(chuàng)新金剛石激光切片技術(shù)，成為推動全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)攀登新高峰的中堅力量。
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