El carburo de silicio (SiC), debido a sus sobresalientes propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas, desempeña un papel crítico en aplicaciones industriales avanzadas como semiconductores,Dispositivos de alta temperaturaSin embargo, su extrema dureza, su alta estabilidad química y su gran espacio entre bandas hacen que los métodos de mecanizado convencionales sean ineficientes y costosos.caracterizados por una alta precisiónEn la actualidad, el uso de las tecnologías de alta eficiencia y de funcionamiento sin contacto se ha convertido en una tecnología clave para la fabricación de SiC.Los avances recientes en las tecnologías de láser ultrarrápidos han ampliado significativamente las capacidades de procesamiento de SiC, impulsando la creciente demanda de las industrias de alta tecnología, especialmente la fabricación de semiconductores.
Esta revisión examina sistemáticamente el estado de la técnica en el procesamiento láser de SiC, abarcando los sistemas láser, los mecanismos fundamentales de interacción, las técnicas emergentes, las aplicaciones,y los desafíos actualesLas tecnologías de procesamiento de superficies, incluido el corte, la perforación, la microestructuración, el pulido, así como el corte y corte sigiloso con láser, se analizan en detalle.Se resumen las aplicaciones de SiC en varios sectores, y se presenta un análisis crítico de los desafíos existentes, las direcciones de investigación futuras y las oportunidades emergentes que pueden dar forma a este campo en rápida evolución.

1. Introducción

El carburo de silicio (SiC) es un material semiconductor de banda ancha que ha atraído considerable atención debido a su excepcional dureza, alta conductividad térmica, inertitud química superior,y excelente rendimiento eléctrico a altas temperaturas y altos voltajesEstas propiedades hacen que el SiC sea indispensable en la electrónica de potencia, la optoelectrónica, los sistemas aeroespaciales, los equipos de alta temperatura y los componentes resistentes al desgaste.las propiedades intrínsecas del material de SiC plantean desafíos significativos a los procesos de mecanizado mecánico y químico tradicionales, especialmente en términos de desgaste de la herramienta, baja eficiencia y precisión limitada.

El procesamiento láser ha surgido como una alternativa poderosa, ofreciendo un funcionamiento sin contacto, alta resolución espacial y la capacidad de procesar geometrías complejas. 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 consecuencia, el procesamiento de SiC basado en láser se ha convertido en un punto de referencia de investigación y en una tecnología facilitadora para la próxima generación de semiconductores y dispositivos de alto rendimiento.

2Propiedades de las tecnologías de procesamiento de SiC y láser

La diversidad de aplicaciones de procesamiento láser para el SiC refleja la diversidad de sus estructuras y propiedades cristalinas (Figura 1 y Figura 3).4H-SiCy6H-SiC, exhiben arreglos de rejilla distintos, propiedades anisotrópicas y comportamientos de absorción óptica, todos los cuales influyen fuertemente en las interacciones del láser con el material.

Los sistemas de procesamiento láser modernos para SiC abarcan una amplia gama de configuraciones (Figura 4), incluidos los sistemas de enfoque basados en objetivos, los sistemas de escaneo galvanométrico, las configuraciones de irradiación de doble pulso,Lasers de femtosegundos con rayos cuadrados de superficie plana, láseres polarizados por vectores, sistemas híbridos de haz vectorial, configuraciones asíncronas de corte de doble haz, sistemas híbridos láser-jet de agua, láseres guiados por agua y plataformas de procesamiento láser submarinas.Estos sistemas están diseñados para adaptar el suministro de energía, mejorar la eliminación de desechos, suprimir los efectos térmicos y mejorar la calidad del procesamiento.

3Mecanismos de interacción del láser con SiC

La comprensión de los mecanismos de interacción del láser con los materiales es esencial para optimizar el procesamiento del láser SiC.incluida la absorción de fotones, la excitación del portador, el acoplamiento de electrones/fonones, la difusión de calor, las transiciones de fase y la eliminación de material.

En el procesamiento con láser de pulso largo, los efectos térmicos dominan, a menudo resultando en fusión, resolidificación, recubrimiento de capas y acumulación de estrés residual.Estos efectos pueden conducir al inicio de grietas y su propagación.Por el contrario, los pulsos láser ultrarrápidos depositan energía en escalas de tiempo más cortas que la difusión térmica.que permitan mecanismos de ablación no térmica o débilmente térmica que reducen significativamente la zona afectada por el calor (HAZ)La irradiación de un solo pulso puede causar una distorsión localizada de la red y la formación de piscinas de fusión.Mientras que la irradiación de múltiples pulsos puede inducir estructuras periódicas de superficie inducidas por láser (LIPSS) y huecos subterráneos.

Técnicas avanzadas de diagnóstico y caracterización (Figura 8), tales como el monitoreo acústico de las emisiones, la proyección de imágenes de plumas de plasma, la fotografía ICCD con resolución de tiempo, la tomografía computarizada de rayos X (XCT),y tomografía de coherencia óptica (TOC), proporcionan información valiosa sobre la formación de defectos, las modificaciones internas y la dinámica de ablación durante el procesamiento con láser.

4. Técnicas de procesamiento láser para SiC

4.1 Corte, perforación y microestructuración

El corte y la perforación por láser se utilizan ampliamente para moldear componentes de SiC y fabricar características a escala micro y nano.tasa de repeticiónEn la actualidad, se ha estudiado ampliamente la morfología del agujero y la calidad de la superficie (figura 11 y 12).La combinación de la irradiación láser con el grabado químico mejora aún más la calidad de las características y la relación de aspecto, que permite la fabricación de microagujeros y canales de alta precisión.

4.2 Modificación y pulido de superficies

La texturación de la superficie láser mejora el rendimiento tribológico, la estabilidad térmica y las propiedades funcionales de las superficies de SiC, lo que es particularmente valioso para aplicaciones aeroespaciales y de defensa.El pulido con láser ultrarrápido también ha demostrado el potencial de mejorar el acabado de la superficie al tiempo que se minimiza el daño subterráneo.

4.3 Modificación interna y fabricación de guías de onda.

La escritura directa con láser de cinco segundos (FSLDW) permite la modificación tridimensional de materiales a granel de SiC, lo que permite la fabricación de guías de onda incrustados y estructuras fotónicas (Figura 15).Estas capacidades abren nuevas vías para la fotónica integrada y los dispositivos optoelectrónicos basados en SiC.

4.4 Cortar y cortar con láser sigiloso

Las técnicas de corte por láser sigiloso (LSD) y las técnicas de corte por láser híbrido representan enfoques avanzados para el procesamiento a nivel de obleas de SiC (figura 16 y 18).Inducción de capas de modificación interna controlada y posterior propagación de grietas o grabado selectivo, estos métodos permiten una separación de alta calidad con un daño superficial mínimo, lo cual es crucial para la fabricación de sustratos de semiconductores.

5Aplicaciones del SiC procesado con láser

El SiC procesado por láser ha encontrado amplias aplicaciones en múltiples campos (Figura 19).Las tecnologías láser son una parte integral de la fabricación de dispositivos de alta potencia de alto rendimientoLas aplicaciones aeroespaciales y de defensa se benefician de una mayor resistencia al desgaste y estabilidad térmica obtenidas mediante la ingeniería de superficies láser.En ingeniería biomédica, la biocompatibilidad y la estabilidad química del SiC lo convierten en un material atractivo para sensores avanzados y dispositivos implantables.

6Desafíos y perspectivas de futuro

A pesar de los progresos significativos, varios desafíos siguen limitando la adopción industrial a gran escala del procesamiento láser para SiC.especialmente bajo irradiación láser de pulso largoAdemás, lograr un equilibrio óptimo entre la tasa de eliminación de material (MRR) y la calidad de la superficie, así como la complejidad de la optimización de parámetros láser, es una de las principales preocupaciones de la industria.plantea obstáculos sustanciales a la escalabilidad del proceso y a la eficiencia de los costes.

Desde una perspectiva científica, se requiere una investigación más profunda de los mecanismos de interacción láser-SiC.Combinado con estrategias de optimización basadas en datos e inteligencia artificialSe espera que los procesos de control y de repetición desempeñen un papel crucial en la mejora de los procesos.Para satisfacer las exigentes exigencias de la industria aeroespacial, es esencial seguir investigando el procesamiento tridimensional de micro y granel de SiC., semiconductores y aplicaciones biomédicas.

Desde un punto de vista industrial, el desarrollo de fuentes láser de alto rendimiento con mayor potencia, mayores tasas de repetición y duradas de pulso sintonizables es crítico.dado el amplio espacio entre bandas y el alto punto de fusión del SiCLa integración de los sistemas de procesamiento láser con la robótica y las plataformas de control inteligentes permitirá flujos de trabajo de fabricación totalmente automatizados, mejorando la eficiencia y reduciendo el impacto ambiental.

7Conclusiones

El SiC es un material versátil y estratégicamente importante cuyas propiedades excepcionales sustentan su uso generalizado en semiconductores, dispositivos de alta temperatura y aplicaciones de ingeniería avanzada.El procesamiento por láser ha surgido como el enfoque más prometedor para superar los desafíos inherentes de mecanizado de SiCEsta revisión ha resumido de manera exhaustiva los avances recientes en el procesamiento de láser SiC, que abarca sistemas láser, mecanismos de interacción,técnicas avanzadas, y los dominios de aplicación.

Aunque persisten desafíos como el craqueo térmico, la complejidad de la optimización del proceso y la escalabilidad, los avances continuos en las tecnologías láser ultrarrápidas, los métodos de procesamiento híbridos, el uso de las tecnologías de la información y la comunicación, y la mejora de las capacidades de los fabricantes de las tecnologías de la información y la comunicación, han contribuido a la mejora de la calidad de la información.Se espera que los sistemas de control inteligentes conduzcan a nuevos avancesA través de la innovación multidisciplinar sostenida, el procesamiento láser continuará fortaleciendo el papel del SiC en la fabricación de materiales avanzados y soluciones de ingeniería de vanguardia.proporcionar un sólido apoyo teórico y tecnológico para la futura investigación científica y aplicaciones industriales.