蓝宝石晶片加工中的技术关键和对策

传统的粗磨工艺在加工蓝宝石薄片过程中遇到很大挑战,易于产生崩边、隐裂和碎片等问题.双面金刚石研磨、单面金刚石磨削、双面金刚石研磨垫等新工艺可以解决上述这些问题.在蓝宝石精磨工艺中,细粒碳化硼和金刚石颗粒镶嵌的陶瓷研磨盘配合的双面研磨工艺,可以有效地降低粗磨过程中造成的表面损伤;使用细粒金刚石研磨液的单面铜盘工艺亦是一种有效的精磨工艺.本文对二者的优缺点进行了比较.蓝宝石的抛光速率较慢,一般不超过5～ 10 μm/h.蓝宝石抛光的主流仍是使用二氧化硅抛光液.在二氧化硅抛光液中添加其它细粒磨料或采用氧化铝抛光液等其它方法,仍处于试验阶段.轻压抛光对提高蓝宝石的表面质量非常关键.兆声清洗工艺可以减少蓝宝石表面的微小缺陷,兆声单片清洗工艺尤为有效.     

不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响研究

本文制备了几种含不同磨料(SiC、Al2O3不同粒径SiO2)的抛光液,通过纳米粒度仪分析磨料粒径分布,采用原子力显微镜观察磨料的粒径大小.研究了不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光(CMP)的影响,利用原子力显微镜检测抛光前后蓝宝石晶片表面粗糙度.实验结果表明,在相同的条件下,采用SiC、Al2O3作为磨料时,材料去除速率与表面粗糙度均不理想;而采用含1;粒径为110 nm SiO2的抛光液,材料的去除速率最高为41.6 nm/min,表面粗糙度Ra=2.3 nm;采用含1;粒径为80 nm SiO2的抛光液,材料的去除速率为36.5 nm/min,表面粗糙度最低Ra=1.2 nm.     

研磨方式对单晶蓝宝石亚表面损伤层深度的影响

研磨过程中产生的亚表面损伤层深度是影响单晶蓝宝石抛光质量的关键因素.本文开展了游离磨料和固结磨料两种研磨方式研磨单晶蓝宝石的实验研究,采用三维形貌仪观察了加工前后的工件表面质量,运用差动腐蚀法比较了研磨方式对研磨后工件亚表面损伤层深度的影响.结果表明,金刚石磨料粒径分别为W 50和W 14的游离磨料研磨加工蓝宝石晶片的亚表面损伤层深度分别为48.85 μm和7.02 μm,而相同粒径固结磨料加工的亚表面损伤层深度分别为5.47 μm和3.25 μm.固结磨料研磨后的工件表面粗糙度也优于相同粒径的游离磨料加工的工件.固结磨料研磨方式对于蓝宝石单晶表面研磨质量的改善和亚表面损伤层深度的降低具有显著的效果.     

碲锌镉晶体高效低损伤CMP工艺研究

本文采用新型的自行研制的化学机械抛光液,对碲锌镉晶体进行了化学机械抛光方法的尝试性试验,并分析了在化学机械抛光(CMP)过程中抛光垫的硬度、磨料的种类、氧化剂、抛光液的pH值对表面质量和材料去除率的影响,提出适合软脆功能晶体碲锌镉的高效低损伤抛光工艺.结果表明,采用自行研制的带有硝酸的化学机械抛光液,在pH优化值为2.5时,15 min即可获得Ra为0.67 nm的超光滑无损伤表面,大大提高了加工效率和精度.     

磨料粒度对雾化施液CMP抛光速率的影响及机理研究

针对超声波雾化施液化学机械抛光过程中磨料的机械作用和化学特性从化学动力学及分子动力学两方面研究了抛光液磨料粒度对材料去除速率的影响和机理.采用不同粒度的磨料及组合进行了雾化施液CMP抛光实验.实验结果表明:磨料粒径在15 nm至30 nm范围内,粒度比较大的磨料能够传递更多的机械能,较小的磨料比较大的磨料具有更强的化学活性,对硅片表面材料的去除影响更为显著.向当前抛光液中加入5wt;的15 nmSiO2时,材料去除率增加至196.822 nm/min,而加入相同质量的30 nm SiO2时,材料去除率增加至191.828 nm/min.说明小尺寸的磨料在雾化施液CMP过程中不仅起着机械作用,还起着增强化学活性的作用.     

SiC晶片研磨加工亚表面损伤深度的研究

SiC晶片研磨加工表面层损伤深度直接影响后续抛光加工的成本和效率,但SiC单晶是典型的难加工材料,亚表面损伤检测极为困难.文中利用截面显微检测技术对SiC晶片研磨加工亚表面损伤深度进行了检测分析,并研究了研磨方式、工艺参数对损伤深度的影响及晶片上损伤深度的分布规律.结果表明,同样的研磨工艺参数条件下,固结磨料研磨SiC晶片损伤深度略小于游离磨料研磨晶片的损伤深度.固结磨料研磨时,随着磨料粒度从W7增大到W28,损伤深度由3.0 μm增大到4.7 μm.随着研磨压力从1 psi增大到3 psi,晶片损伤深度从4.1 μm增大到4.9 μm.在整个晶片上,损伤深度由中心向边缘沿径向逐渐增大,增大幅度约为0.6～1.0 μm.     

硬盘微晶玻璃基板化学机械抛光研究

利用自制的抛光液对硬盘微晶玻璃基板进行化学机械抛光.研究了抛光压力、SiO2浓度、pH和氧化剂过硫酸铵浓度等因素对材料去除速率MRR和表面粗糙度Ra的影响,系统分析了微晶玻璃抛光工艺过程中的影响因素,优化抛光工艺条件,利用原子力显微镜检测抛光后微晶玻璃的表面粗糙度.结果表明:当抛光盘转速为100 r/min、抛光液流量为25 mL/min、抛光压力为9.4 kPa、SiO2浓度为8wt;、pH=8、过硫酸铵浓度为2wt;时,能够得到较高的去除速率(MRR=86.2 nm/min)和较低表面粗糙度(Ra=0.1 nm).     

LBO晶体超光滑表面抛光机理

胶体SiO2抛光LBO晶体获得无损伤的超光滑表面,结合前人对抛光机理的认识,探讨了超光滑表面抛光的材料去除机理,分析了化学机械抛光中的原子级材料去除机理.在此基础上,对胶体SiO2抛光LBO晶体表面材料去除机理和超光滑表面的形成进行了详细的描述,研究抛光液的pH值与材料去除率和表面粗糙度的关系.LBO晶体超光滑表面抛光的材料去除机理是抛光液与晶体表面的活泼原子层发生化学反应形成过渡的软质层,软质层在磨料和抛光盘的作用下很容易被无损伤的去除.酸性条件下,随抛光液pH值的减小抛光材料的去除率增大;抛光液pH值为4时,获得最好的表面粗糙度.     

化学机械磨削(CMG)加工单晶硅片

单晶硅是半导体行业重要的功能材料,加工时首先被切割成晶片,然后通过研磨和抛光获得光滑表面.本文介绍了一种新的化学机械磨削(CMG)工艺,用于硅片的终端加工.CMG是把化学反应和机械磨削融为一体的固结磨料加工工艺,在加工效率、磨粒可控性、废料处理等方面优于化学机械抛光(CMP).利用CMG加工单晶硅片,能有效减小亚表面损伤和消除残余应力,对碳化硅、氮化硅、蓝宝石等其它功能材料的超精密加工具有一定的借鉴意义.     

大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术

碲锌镉(CdZnTe)晶体性能优越，是高性能碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜的首选衬底材料。双面抛光是一种加工质量较高的碲锌镉晶片表面抛光方式，其具有效率高、平整度好、晶片应力堆积少的优点。但当碲锌镉晶片尺寸增大后，其加工难度也随之上升，易出现碎片多、加工速率慢、表面平整度差等问题。本文开展了大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术研究，深入分析了面积大于50 cm²的非规则碲锌镉晶片双面抛光工艺中，不同参数对抛光质量的影响，通过模拟并优化晶片运动轨迹，优化抛光液磨粒粒型、抛光压力、抛光液流量等抛光工艺参数，实现了具有较高抛光速率和较好表面质量的大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光加工，对进一步深入研究双面抛光技术有着重要意义。     

反应温度和升温速度对氧化锆相转变的影响

利用液相沉淀方法制备了未掺杂、氧化钇掺杂和氧化钐掺杂的纳米级氧化锆粉体.实验结果表明,高的反应温度和煅烧过程中快的升温速度明显增加了前驱体溶液中单斜氧化锆的形核数.实验和密度泛函计算结果分析认为,高的反应温度和快的升温速度均是通过降低氧化锆前驱体网状结构的有序度来影响最终的氧化锆晶型.     

温度对金刚石表面变形的影响

利用软压头技术,研究了摩擦条件下温度对Ⅰb型人造金刚石、Ⅰa型和Ⅱa型天然金刚石表面变形的影响.结果表明,这三种金刚石的脆-塑性转变温度的顺序为:Ⅰb＜Ⅰa＜Ⅱa.金刚石的塑性变形抗力随温度升高急剧下降.在1400℃时,三种金刚石的塑性变形抗力趋于一致.     

热处理对NiCuZn铁氧体磁性能的影响

利用化学共沉淀法制备了细小均匀的NiCuZn铁氧体前驱体粉体,通过XRD、TG-DSC、激光粒度仪(LPS)、精密阻抗分析仪、振动样品磁强计(VSM)等手段对粉体进行表征.研究前驱体的粒度分布及晶化过程,在不同的预烧温度下样品的磁性能,不同烧结温度的相结构、磁滞回线和磁性能.结果表明:前驱体粒度分布均匀,烧结后可以得到纯相的尖晶石型NiCuZn铁氧体.当预烧温度为500℃,烧结温度为900℃时,样品磁导率μi约为200,品质因数Q约为150,截止频率约为70 MHz.     

温度对图形化蓝宝石透过率性能影响研究

蓝宝石单晶表面图形化作为一种全新的减反增透手段而受到广泛关注,然而在服役过程中其透过率将会由于温度的改变而发生变化,影响使用性能.本文通过高温红外光谱测试系统测试了图形化蓝宝石在25℃,300℃,400℃,500℃,600℃时3～6 μm波段范围内的透过率,分析了温度对图形化蓝宝石透过率性能的影响.分析表明,表面图形化使室温条件下蓝宝石透过率在一定波段范围内上升且伴随有明显的光谱红移效应;温度上升使图形化蓝宝石透过率下降且红移现象加剧,随着温度不断升高蓝宝石透过率有一定程度回升;高温条件下表面图形化对蓝宝石透过率的影响不是十分明显.     

温度对CIGS太阳电池输出特性的影响

温度特性是太阳电池的一个重要特征,本文研究了Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池的输出特性随温度变化(120~260K))的规律.发现,随着温度升高,开路电压Voc明显降低,温度系数为-1.08mV/K,短路电流Isc小幅升高,温度系数为0.01401mA/K.这是因为:随着温度上升,禁带宽度下降,暗电流增加,造成开路电压的降低;更多的光生载流子被激发,串联电阻有所下降,使得短路电流增加.两者共同作用,电池效率有所下降.     

低温烧结3Y-TZP陶瓷的研究

以不同质量分数的MnO2-TiO2(质量比为1:1)为烧结助剂,在1300～1500 ℃下低温烧结制备了3Y-TZP陶瓷.对3Y-TZP陶瓷的相对密度、物相及显微结构、显微硬度、抗弯强度及断裂韧性进行了测试分析,并对烧结助剂的基本性能进行了表征.探究了烧结助剂及烧结温度对3Y-TZP陶瓷性能的影响.实验结果表明:在3Y-TZP陶瓷中加入烧结助剂MnO2-TiO2(质量比为1:1)可以实现低温烧结.试样的相对密度、显微硬度、抗弯强度、断裂韧性随烧结温度的升高先增大后降低.在烧结助剂为0.5wt;,烧结温度为1350 ℃时,试样的相对密度及力学性能都达到最大,在此条件下,试样的相对密度达97.16;,显微硬度为2032.8 HV,抗弯强度为300 MPa,断裂韧性为8.35 MPa· m1/2,且试样的断裂方式为晶粒拔出及晶粒断裂遵循着穿-沿晶断裂的模式,且晶粒极小.     

铝纳米晶体低温比热容研究

采用真空热压烧结技术将平均晶粒尺寸约为52 nm的纳米铝粉末压制成铝纳米晶体材料.利用透射电镜、X射线能谱、X射线衍射、扫描电镜与综合物性测试仪(PPMS)等分析测试手段,表征了纳米铝粉和铝纳米晶体的结构特征,并研究了低温下铝纳米晶体的比热容(Cnano)随温度(T)的变化关系.研究结果表明:由于表面、晶界等缺陷的影响,铝纳米晶体的低温比热容随温度呈现出明显不同于粗晶的变化规律,其变化关系已不完全遵守德拜T3定律,且呈现出T2.5规律变化.根据纳米晶表面/界面和内部原子对晶格比热容的不同贡献,发现纳米晶相对于粗晶铝的比热容增量在温度80 K左右出现一个峰值.基于铝纳米晶体材料的结构特征和振动模式,本文探讨了产生这些现象的物理机理.     

煅烧和除碳温度对氮化硼晶须的影响

以三聚氰胺和硼酸为原料通过水浴加热合成晶须前驱体,然后经高温烧结成功制备出BN晶须.扫描电镜显示制备的BN晶须为针状结构,其直径和长径比分别为2～3 μm和40～100.通过X射线衍射分析,制备的BN晶须为六方晶相,晶格参数为a=0.2524 nm和c=0.6592 nm.红外光谱图谱表明在1383 cm-1和 812 cm-1处存在两个明显的B-N特征吸收带.晶须的烧成制度以及除碳温度对晶须形貌和性能的影响研究结果表明,当烧成温度为1700 ℃、除碳温度为600 ℃时可制备出形貌良好和结晶度高的氮化硼晶须.     

温度对甲烷水合物分解影响的分子动力学模拟

甲烷水合物是含有高纯度甲烷和水,可有效缓解能源危机的重要战略资源.甲烷水合物的分解动力学研究涉及水合物的开采和水合物技术的应用,一直是各国学者所关注的焦点.本文采用分子动力学模拟的方法对sI型甲烷水合物的分解动力学过程进行研究,分析讨论了温度对sI型甲烷水合物分解过程中的微观结构以及分解速率的影响.以sI型甲烷水合物作为研究对象,研究了温度对水分子的序参数以及径向分布函数的影响,结果表明在水合物分解过程中,水分子由最初的长程有序向长程无序近程有序结构演化,由密度较低的晶型结构向密度较高的液态水转变.从270 K开始不断升高体系温度至295 K,甲烷分子的碳-碳原子的径向分布函数第一峰的峰值呈升高趋势,表明温度越高,甲烷逃逸出笼子的速率越快.研究发现在分解动力学演化过程中,水分子的AOP序参数从0开始逐渐升高,最终趋于稳定在0.8附近.温度越高,分解过程的AOP曲线越陡,甲烷水合物分解越快.