本发明涉及碳化硅切割的，尤其涉及一种碳化硅晶锭的切割方法以及切割装置。
背景技术：
1、在半导体材料领域，碳化硅(sic)作为一种重要的第三代宽带隙半导体材料，因其具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高以及化学稳定性好等优异特性，被广泛应用于电力电子、通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等多个领域。随着碳化硅器件在功率半导体市场中的份额逐渐增加，对高质量、低成本的碳化硅晶片的需求也日益增长。
2、然而，碳化硅材料的高硬度(莫氏硬度达9.5级，仅次于钻石)和脆性给其加工过程带来了巨大挑战。传统的切割方法，如金刚石线锯切割，虽然能够实现碳化硅晶片的切割，但存在切割速度慢、材料损耗大、切割面粗糙度高以及设备成本高等问题。例如：目前6英寸碳化硅晶锭切割时间约为100～120小时，8英寸碳化硅晶锭切割时间约为160～165小时。这些问题不仅增加了碳化硅器件的生产成本，还限制了其在大规模工业生产中的应用。
3、激光切割技术因其非接触式加工、高精度、高效率以及低损耗等优点，逐渐成为碳化硅切割领域的研究热点。激光切割技术通过聚焦的激光照射材料表面或内部，利用激光与材料的相互作用实现材料的分离。然而，在碳化硅切割领域，由于碳化硅的高硬度和脆性，激光切割技术的应用还面临诸多挑战，如热效应控制、切割深度精确控制以及切割质量稳定性等。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种碳化硅晶锭的切割方法以及切割装置，能够结合激光照射和超声波振动切割技术实现对碳化硅晶体非接触式、高精度的切割，不仅提高了切割效率和质量，同时降低了材料损耗。
2、本发明的目的采用以下技术方案实现：
3、一方面，本发明提供一种碳化硅晶锭的切割方法，包括：
4、利用激光照射第一碳化硅晶锭的上表面，以在所述第一碳化硅晶锭的内部形成改质层，得到第二碳化硅晶锭，其中，所述改质层将所述第二碳化硅晶锭分为上部分和下部分；
5、获取所述第二碳化硅晶锭的负载固有频率；
6、将所述第二碳化硅晶锭的上表面粘附在超声波发生器上；
7、根据所述负载固有频率设定超声波发生器的输出频率并启动所述超声波发生器，使所述第二碳化硅晶锭的上部分和下部分分离，获得碳化硅晶片。
8、进一步的，所述启动超声波发生器，使所述第二碳化硅晶锭的上部分和下部分分离，获得碳化硅晶片包括：
9、启动所述超声波发生器，使所述超声波发生器产生的超声波与所述第二碳化硅晶锭的上部分共振；
10、在所述超声波与所述第二碳化硅晶锭的上部分共振设定时间后，所述第二碳化硅晶锭的上部分和下部分分离，获得粗碳化硅晶片与第三碳化硅晶锭，所述粗碳化硅晶片的下表面为第一损伤层；
11、对所述粗碳化硅晶片进行处理，得到所述碳化硅晶片。
12、进一步的，所述对所述粗碳化硅晶片进行处理，得到所述碳化硅晶片，包括：
13、采用第一磨削装置对所述粗碳化硅晶片的下表面进行减薄磨削处理，以去除所述第一损伤层，得到所述碳化硅晶片；
14、其中，所述粗碳化硅晶片的磨削加工量为30-70μm。
15、进一步的，所述切割方法还包括：
16、采用第二磨削装置对所述第三碳化硅晶锭的上表面进行减薄磨削处理，得到第四碳化硅晶锭；
17、采用第三磨削装置对所述第四碳化硅晶锭的上表面进行减薄磨削处理，得到待切割碳化硅晶锭；
18、其中，所述第三碳化硅晶锭的上表面为第二损伤层，所述第二损伤层的厚度为20-50μm。
19、进一步的，所述第二磨削装置的目数小于所述第三磨削装置的目数；
20、进一步的，所述第三碳化硅晶锭的磨削加工量为30-60μm，所述第四碳化硅晶锭的表面光洁度为12-15nm；
21、进一步的，所述第四碳化硅晶锭的磨削加工量为10-30μm，所述待切割碳化硅晶锭的表面光洁度为2-5nm；
22、进一步的，所述设定时间为1～2s；
23、进一步的，所述超声波发生器的输出频率为90％*负载固有频率～110％*负载固有频率；和/或，
24、所述超声波的振幅为3～10μm；
25、进一步的，所述超声波发生器的输出功率为20～500w。
26、进一步的，所述获得粗碳化硅晶片包括：
27、在所述第二碳化硅晶锭的上部分和下部分分离后，关闭所述超声波发生器，并将黏附有粗碳化硅晶片的超声波振头放置在水槽中；
28、向所述水槽中注入脱胶液体，以使所述脱胶液体浸没所述超声波振头和所述粗碳化硅晶片；
29、加热所述脱胶液体，以使得所述超声波振头和所述粗碳化硅晶片分离。
30、进一步的，所述利用激光照射第一碳化硅晶锭的上表面，包括：
31、将激光发射器垂直设置于所述第一碳化硅晶锭的上方，使所述激光发射器出射的激光聚焦于所述第一碳化硅晶锭的内部，并控制所述激光发射器以预设速度沿着预设路径移动；
32、其中，激光聚焦于所述第一碳化硅晶锭的内部的位置与所述第一碳化硅晶锭的上表面的距离为所述碳化硅晶片的厚度与预设磨削加工量的和；
33、进一步的，所述预设路径包括平行路径组和/或垂直路径组，所述平行路径组包括多条等间距设置的平行路径，所述垂直路径组包括多条等间距设置的垂直路径，且所述平行路径与所述垂直路径相互垂直；
34、进一步的，相邻两个所述平行路径的间距为60～350μm；
35、进一步的，相邻两个所述垂直路径的间距为60～350μm；
36、进一步的，所述预设速度为100～600mm/s；
37、进一步的，所述激光的波长为355～1080nm；
38、进一步的，所述激光的脉宽为20ps～5ns；
39、进一步的，所述激光照射的频率为30～40khz；
40、进一步的，所述改质层的横截面积与所述第一碳化硅晶锭的横截面积尺寸相同。
41、进一步的，所述超声波发生器包括超声波振头，所述超声波振头的直径大于或等于所述第一碳化硅晶锭的直径；
42、优选地，所述超声波振头的横截面积为所述第一碳化硅晶锭的横截面积的115％～130％；
43、进一步的，所述将所述第二碳化硅晶锭的上表面粘附在所述超声波发生器上，包括：在所述第二碳化硅晶锭的上表面和所述超声波振头之间设置粘合层。
44、另一方面，本发明提供一种碳化硅晶锭切割装置，包括：
45、激光发射器，用于发射照射在第一碳化硅晶锭的上表面的激光，使所述第一碳化硅晶锭的内部形成改质层，得到第二碳化硅晶锭；
46、处理设备，用于获取所述第二碳化硅晶锭的负载固有频率；根据所述负载固有频率设定超声波发生器的输出频率，并产生启动信号；
47、超声波发生器，与所述处理设备连接，用于在所述第二碳化硅晶锭的上表面粘附在所述超声波发生器上以及接收到所述启动信号后，产生超声波，以分离所述第二碳化硅晶锭的上部分和下部分，获得碳化硅晶片。
48、进一步的，所述超声波发生器包括：发生器本体与超声波振头，所述发生器本体用于产生超声波；所述超声波振头设置在所述发生器本体的输出端，用于将超声波的振动能量传递至所述第二碳化硅晶锭，以获得粗碳化硅晶片和第三碳化硅晶锭；
49、所述碳化硅晶锭切割装置还包括承接台，所述承接台设置在所述超声波振头的正下方，用于承接从所述超声波振头脱落的所述第三碳化硅晶锭。
50、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
51、本发明结合激光照射和超声波振动切割技术，通过激光实现非接触式的精确加工，在碳化硅晶锭内部形成改质层，通过激光诱导形成的改质层作为切割路径，可以有效控制切割深度和方向，最大限度地减少材料浪费，提高原材料的利用率；再利用超声波振动促进了裂纹沿改质层扩展，实现碳化硅晶锭的精确分离，不仅克服了传统切割方法的不足，提高了碳化硅晶片的切割效率和质量，降低了生产成本，还减少了对化学溶剂或高强度机械力的依赖，降低了环境污染的风险，为碳化硅器件的大规模工业生产提供了有力支持。
1.一种碳化硅晶锭的切割方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭的切割方法，其特征在于，所述启动超声波发生器，使所述第二碳化硅晶锭的上部分和下部分分离，获得碳化硅晶片包括：
3.根据权利要求2所述的碳化硅晶锭的切割方法，其特征在于，所述对所述粗碳化硅晶片进行处理，得到所述碳化硅晶片，包括：
4.根据权利要求2所述的碳化硅晶锭的切割方法，其特征在于，所述切割方法还包括：
5.根据权利要求4所述的碳化硅晶锭的切割方法，其特征在于，所述第二磨削装置的目数小于所述第三磨削装置的目数；和/或
6.根据权利要求2所述的碳化硅晶锭的切割方法，所述获得粗碳化硅晶片包括：
7.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭的切割方法，其特征在于，所述利用激光照射第一碳化硅晶锭的上表面，包括：
8.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭的切割方法，其特征在于，所述超声波发生器包括超声波振头，所述超声波振头的直径大于或等于所述第一碳化硅晶锭的直径；
9.一种碳化硅晶锭的切割装置，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的碳化硅晶锭的切割装置，其特征在于，
