4H-SiC晶体纳米切削各向异性机制及其超精密加工优化研究

本文通过分子动力学(MD)模拟系统研究了4H-SiC单晶在(0001)晶面<1–100>等取向的纳米切削特性，揭示了切削力、极限切削深度和亚表面缺陷厚度的各向异性规律，为半导体功率器件超精密加工提供了理论依据。研究发现(0001)晶面<1–100>取向具有最优切削稳定性，其切削力波动幅度较(1000)晶面降低35%，且亚表面缺陷厚度受晶体各向异性影响最小。

　　

Highlight

• 4H-SiC单晶纳米切削显著受晶体各向异性影响。在相同切削深度下，Z组<1–100>晶向表现出更小的平均切向力和法向力，且切削力波动最小，展现出最优切削稳定性。

• 在切削深度a_p = 4 nm时，<2-1-10>晶向实现最小极限切削深度，其产生的切屑分离层比<11-20>晶向更接近加工表面。

Conclusions

1. 1.

   4H-SiC单晶纳米切削显著受晶体各向异性影响。在相同切削深度下，(0001)晶面<1–100>晶向展现出更小的平均切向力(Fx)和法向力(Fz)，且切削力曲线波动幅度更低，证明该取向具有最优切削稳定性。

2. 2.

   无论切削深度如何变化，(0001)晶面的极限切削深度始终小于(1000)晶面。当其他参数不变时，(0001)晶面的晶体各向异性对4H-SiC纳米切削亚表面缺陷厚度影响最小，而(1000)晶面则表现出显著的各向异性效应。

3. 3.

   这些发现为理解4H-SiC纳米尺度材料去除机制提供了关键见解，对优化半导体制造中的超精密加工工艺具有重要指导价值。