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O carbeto de silício (SiC) não é apenas um material estratégico fundamental para a defesa nacional, mas também uma tecnologia fundamental para as indústrias automotiva e de energia globais. O primeiro passo na fabricação de wafers de SiC é o corte de lingotes de SiC cultivados em massa em wafers finos. A qualidade deste processo de corte determina diretamente a eficiência e o rendimento das etapas subsequentes de afinamento e polimento. No entanto, os métodos de corte convencionais geralmente introduzem rachaduras na superfície e subsuperfície do wafer, o que aumenta as taxas de quebra do wafer e eleva os custos de produção. Portanto, minimizar os danos na superfície durante o corte é vital para o avanço das tecnologias de fabricação de dispositivos SiC.

Atualmente, o corte de wafers de SiC enfrenta dois grandes desafios:

1. Alta perda de material com a serragem multi-fio tradicional.
   Devido à extrema dureza e fragilidade do SiC, a serragem e o polimento são tecnicamente exigentes, muitas vezes levando à severa deformação do wafer, rachaduras e desperdício excessivo de material. De acordo com os dados da Infineon, os métodos tradicionais de serragem com fio de diamante recíproco alcançam apenas ~50% de utilização de material na fase de corte. Após a moagem e o polimento, o rendimento efetivo pode cair em até 75% (com uma perda total por wafer de ~250 μm), deixando uma proporção relativamente baixa de wafers utilizáveis.

2. Ciclos de processamento longos e baixa produtividade.
   Estatísticas de produção internacional mostram que, sob operação contínua de 24 horas, a fabricação de 10.000 wafers requer aproximadamente 273 dias. Atender à demanda do mercado com a tecnologia de serra de fio, portanto, requer um número massivo de máquinas e consumíveis. Além disso, o método resulta em rugosidade superficial ruim, contaminação significativa e pesados encargos ambientais (poeira, águas residuais, etc.).

Para enfrentar esses desafios, a equipe de pesquisa liderada pelo Professor Xiu Xiangqian da Universidade de Nanjing desenvolveu equipamentos de corte a laser SiC de grande diâmetro. Ao aplicar técnicas avançadas de corte a laser, o sistema reduz significativamente a perda de material, ao mesmo tempo em que melhora drasticamente a produtividade. Por exemplo, ao processar um lingote de SiC de 20 mm, o número de wafers produzidos com corte a laser é mais do que o dobro do que o alcançado pela serragem com fio convencional. Além disso, os wafers cortados a laser exibem propriedades geométricas superiores, e a espessura do wafer pode ser reduzida para apenas 200 μm, aumentando ainda mais o rendimento por lingote.

A vantagem competitiva deste projeto reside em sua maturidade tecnológica. Um protótipo do equipamento de corte a laser em larga escala já foi desenvolvido e demonstrado com sucesso em:

• Corte e afinamento de wafers de SiC semi-isolantes de 4 a 6 polegadas

• Corte de lingotes de SiC condutores de 6 polegadas

• Validação em andamento para corte de lingotes de SiC de 8 polegadas

Este sistema oferece ciclos de corte mais curtos, maior produção anual de wafers e menor perda de material por wafer, alcançando mais de 50% de melhoria no rendimento em comparação com os métodos convencionais.

De uma perspectiva de mercado, o equipamento de corte a laser SiC de grande diâmetro está prestes a se tornar a tecnologia central para a produção de wafers de SiC de 8 polegadas. Atualmente, esse equipamento é quase exclusivamente importado do Japão, com altos custos e potenciais restrições de exportação. A demanda doméstica por equipamentos de corte/afinamento a laser deve exceder 1.000 unidades, mas nenhum fornecedor doméstico maduro existe hoje. O sistema desenvolvido pela Universidade de Nanjing, portanto, possui um potencial de mercado substancial e um enorme valor econômico.

Além do SiC, esta plataforma de corte a laser também pode ser estendida a outros materiais semicondutores e ópticos avançados, incluindo nitreto de gálio (GaN), óxido de gálio (Ga₂O₃) e diamante sintético, ampliando ainda mais sua aplicação industrial.