Le carbure de silicium (SiC), en raison de ses excellentes propriétés mécaniques, thermiques et électriques, joue un rôle essentiel dans les applications industrielles avancées telles que les semi-conducteurs,appareils à haute températureCependant, sa dureté extrême, sa stabilité chimique élevée et son large écart de bande rendent les méthodes d'usinage classiques inefficaces et coûteuses.caractérisé par une grande précisionLa production de silicone est donc devenue une technologie clé pour la fabrication du SiC.Les progrès récents dans les technologies laser ultra-rapides ont considérablement élargi les capacités de traitement du SiC, entraînant une demande croissante des industries de haute technologie, en particulier la fabrication de semi-conducteurs.
Cette revue examine systématiquement l'état de l'art dans le traitement au laser du SiC, couvrant les systèmes laser, les mécanismes d'interaction fondamentaux, les techniques émergentes, les applications,et les défis actuelsLes technologies de traitement de surface, y compris la découpe, le forage, la microstructuration, le polissage, ainsi que le découpe et le tranchage laser furtifs, sont examinées en détail.Les applications du SiC dans divers secteurs sont résumées, et une analyse critique des défis actuels, des orientations de recherche futures et des opportunités émergentes qui pourraient façonner ce domaine en évolution rapide est présentée.

1. Introduction

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande passante qui a attiré une attention considérable en raison de sa dureté exceptionnelle, de sa haute conductivité thermique, de son inerté chimique supérieure,et d'excellentes performances électriques à haute température et haute tensionCes propriétés rendent le SiC indispensable dans l'électronique de puissance, l'optoélectronique, les systèmes aérospatiaux, les équipements à haute température et les composants résistants à l'usure.les propriétés intrinsèques du SiC posent des défis importants aux procédés d'usinage mécanique et chimique traditionnels, notamment en termes d'usure des outils, de faible efficacité et de précision limitée.

Le traitement au laser est devenu une alternative puissante, offrant un fonctionnement sans contact, une haute résolution spatiale et la capacité de traiter des géométries complexes. The rapid development of ultrafast laser technologies—especially femtosecond and picosecond lasers—has further enhanced the controllability and quality of SiC processing by reducing thermal damage and improving dimensional accuracyEn conséquence, le traitement du SiC à base de laser est devenu un point chaud de recherche et une technologie permettant la mise au point de dispositifs semi-conducteurs et hautes performances de nouvelle génération.

2Propriétés des technologies de traitement du SiC et du laser

La diversité des applications de traitement au laser du SiC reflète la diversité de ses structures et propriétés cristallines (figure 1 et figure 3).4H-SiCet6H-SiC, présentent des arrangements de treillis distincts, des propriétés anisotropiques et des comportements d'absorption optique, qui influencent tous fortement les interactions laser-matériel.

Les systèmes de traitement laser modernes pour le SiC comprennent une large gamme de configurations (figure 4), y compris les systèmes de mise au point basés sur des objectifs, les systèmes de balayage au galvanomètre, les réglages d'irradiation à double impulsion,Laser femtoseconde avec faisceaux carrés à plateau, les lasers polarisés vectoriels, les systèmes hybrides de faisceau vectoriel, les configurations de coupe asynchrone à double faisceau, les systèmes hybrides laser/jet d'eau, les lasers guidés par eau et les plates-formes de traitement sous-marines au laser.Ces systèmes sont conçus pour adapter la fourniture d'énergie, améliorer l'élimination des débris, supprimer les effets thermiques et améliorer la qualité de traitement.

3Les mécanismes d'interaction laser-SiC

La compréhension des mécanismes d'interaction laser-matériau est essentielle pour optimiser le traitement laser SiC. Comme illustré dans la figure 5 ̊7, l'irradiation laser induit une série de processus physiques complexes,y compris l'absorption de photons, l'excitation du porteur, l'accouplement électron-phonon, la diffusion de chaleur, les transitions de phase et l'élimination du matériau.

Dans le traitement au laser à impulsions longues, les effets thermiques dominent, entraînant souvent la fusion, la resolidification, la refonte des couches et l'accumulation de contraintes résiduelles.Ces effets peuvent entraîner l' initiation et la propagation de fissures.En revanche, les impulsions laser ultra-rapides déposent de l'énergie sur des échelles de temps plus courtes que la diffusion thermique.permettant des mécanismes d'ablation non thermique ou faiblement thermique qui réduisent de manière significative la zone affectée par la chaleur (HAZ)L'irradiation à impulsion unique peut provoquer une distorsion localisée du réseau et la formation de bassins de fusion.tandis que l'irradiation à impulsions multiples peut induire des structures périodiques de surface induites par laser (LIPSS) et des vides souterrains.

Des techniques de diagnostic et de caractérisation avancées (figure 8) telles que la surveillance acoustique des émissions, l'imagerie par plumes plasmatiques, la photographie ICCD à résolution temporelle, la tomographie par rayons X (XCT),et tomographie de cohérence optique (TOC), fournissent des informations précieuses sur la formation de défauts, les modifications internes et la dynamique de l'ablation pendant le traitement au laser.

4. Techniques de traitement au laser pour le SiC

4.1 Coupe, forage et microstructure

La découpe et le perçage au laser sont largement utilisés pour façonner des composants SiC et fabriquer des caractéristiques à l'échelle micro et nano.taux de répétitionL'énergie d'impulsion, le profil du faisceau et l'environnement de traitement de la morphologie des trous et de la qualité de la surface ont été largement étudiés (figures 11 et 12).La combinaison de l'irradiation au laser avec la gravure chimique améliore encore la qualité des caractéristiques et le rapport d'aspect, permettant la fabrication de micro-trous et de canaux de haute précision.

4.2 Modification et polissage de surface

La texturation de surface au laser améliore les performances tribologiques, la stabilité thermique et les propriétés fonctionnelles des surfaces SiC, ce qui est particulièrement précieux pour les applications aérospatiales et de défense.Le polissage au laser ultra-rapide a également démontré le potentiel d'améliorer la finition de la surface tout en minimisant les dommages sous-marins.

4.3 Modification interne et fabrication de guides d'ondes

L'écriture directe au laser en femtosecondes (FSLDW) permet la modification tridimensionnelle de matériaux en vrac SiC, permettant la fabrication de guides d'onde intégrés et de structures photoniques (figure 15).Ces capacités ouvrent de nouvelles voies pour la photonique intégrée et les appareils optoélectroniques basés sur le SiC.

4.4 Coupe et découpe laser furtive

Les techniques de découpe laser furtive (LSD) et de découpe laser hybride représentent des approches avancées pour le traitement du SiC au niveau des plaquettes (figures 16 et 18).En induisant des couches de modification interne contrôlées et la propagation ultérieure de fissures ou la gravure sélective, ces méthodes permettent une séparation de haute qualité avec un dommage de surface minimal, ce qui est crucial pour la fabrication de substrats semi-conducteurs.

5Applications du SiC traité au laser

Le SiC traité au laser a trouvé des applications étendues dans de nombreux domaines (figure 19).Les technologies laser sont indispensables à la fabrication de dispositifs de puissance hautes performancesLes applications aérospatiales et de défense bénéficient d'une résistance à l'usure et d'une stabilité thermique améliorées obtenues grâce à l'ingénierie des surfaces laser.En génie biomédical, la biocompatibilité et la stabilité chimique du SiC en font un matériau attrayant pour les capteurs avancés et les dispositifs implantables.

6Défis et perspectives d'avenir

Malgré des progrès significatifs, plusieurs défis continuent de limiter l'adoption industrielle à grande échelle du traitement au laser du SiC.particulièrement sous irradiation laser à impulsions longuesEn outre, la réalisation d'un équilibre optimal entre le taux d'élimination des matières (MRR) et la qualité de la surface, ainsi que la complexité de l'optimisation des paramètres laser,pose des obstacles substantiels à l'évolutivité des processus et à l'efficacité des coûts.

D'un point de vue scientifique, des recherches plus approfondies sur les mécanismes d'interaction laser-SiC sont nécessaires.combiné à des stratégies d'optimisation axées sur les données et à l'intelligence artificielle, devraient jouer un rôle crucial dans l'amélioration de la contrôlabilité et de la répétabilité des processus.Des recherches plus approfondies sur le traitement tridimensionnel en micro- et en vrac du SiC sont essentielles pour répondre aux exigences strictes de l'aérospatiale., des semi-conducteurs et des applications biomédicales.

D'un point de vue industriel, le développement de sources laser hautes performances avec une puissance plus élevée, des taux de répétition plus élevés et des durées d'impulsions réglables est essentiel,étant donné l'écart de bande large et le point de fusion élevé du SiCL'intégration des systèmes de traitement laser avec la robotique et les plateformes de contrôle intelligentes permettra de réaliser des processus de fabrication entièrement automatisés, améliorant ainsi l'efficacité tout en réduisant l'impact environnemental.

7Conclusions

Le SiC est un matériau polyvalent et stratégiquement important dont les propriétés exceptionnelles sous-tendent son utilisation généralisée dans les semi-conducteurs, les appareils à haute température et les applications d'ingénierie avancées.Le traitement au laser est apparu comme l'approche la plus prometteuse pour surmonter les défis inhérents à l'usinage du SiCCette revue a résumé de manière exhaustive les progrès récents dans le traitement au laser SiC, englobant les systèmes laser, les mécanismes d'interaction, les techniques de traitement et les techniques de traitement.techniques avancées, et les domaines d'application.

Bien que des défis tels que le craquage thermique, la complexité de l'optimisation des processus et l'évolutivité demeurent, les progrès continus des technologies laser ultra rapides, des méthodes de traitement hybrides, des techniques de traitement de l'eau et de l'eau, ainsi que des techniques de traitement de l'eau et de l'eau, ont contribué à améliorer l'efficacité de la technologie.Les systèmes de contrôle intelligents devraient conduire à d'autres percéesGrâce à une innovation multidisciplinaire soutenue, le traitement au laser continuera à renforcer le rôle du SiC dans la fabrication de matériaux avancés et les solutions d'ingénierie de pointe.fournir un soutien théorique et technologique solide pour la future recherche scientifique et les applications industrielles.