提拉法制备铜单晶基片的化学机械抛光研究

采用提拉法成功制备出高纯铜(Cu)单晶,最大尺寸为φ15 mm×60 mm.采用化学机械抛光(CMP)方法对Cu单晶基片进行抛光,借助光学显微镜、表面轮廓仪和扫描探针显微镜分析了基片表面形貌、表面粗糙度与表面均匀性,并探讨了抛光压力、表面活性剂和抛光垫对基片表面抛光的影响,结果表明:采用CMP加工后的铜单晶基片表面无宏观划痕、加工均匀性好,基片表面粗糙度Ra为0.921 nm.     

偏心电极石英晶体谐振器振动特性研究

石英晶体谐振器的电极材料、电极尺寸以及电极位置对其性能的影响非常重要.但在加工制作过程中,经常会出现电极镀层偏离板心现象.而目前仅有少数人员研究具有偏心电极石英晶体谐振器的振动特性.文章运用Stevens和Tiersten提出的二维标量微分方程(S-T方程)的变分形式,利用里兹法研究偏心电极石英晶体谐振器的振动特性.在研究中分析不同电极偏心距、不同质量比对石英晶体谐振器振动模态的影响,以及不同电极偏心距谐振器谐振频率所存在的误差,为石英晶体谐振器的生产和设计提供理论依据.     

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。     

低亚表面损伤的YCOB晶体超精密抛光

通过选择合适的研磨剂、抛光垫以及抛光材料,采用机械抛光与CMP抛光相结合的方法对应用于高激光损伤阈值的薄膜基体材料YCOB晶体进行表面加工.通过优化研磨抛光工艺后得到超光滑晶体表面,样品表面在125μm×94μm的范围内粗糙度RMS值达到0.6 nm,同时具有非常低的亚表面损伤层,经过超声清洗和有机溶剂刻蚀后,在高倍显微镜下无明显划痕.     

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.     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构(Ⅰ)水晶(SiO2),闪锌矿(ZnS),碘化镉(CdI2)

本文用负离子配位多面体生长基元理论模型研究了水晶(SiO2)、闪锌矿(ZnS)和碘化镉(CdI2)晶体表面结构的形成,指出晶体的表面结构是负离子配位多面体在晶体表面的迭合轨迹,把晶体的表面结构与内部结构由表及里的有机联系起来.     

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.     

雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP工艺研究

探究了雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP工艺抛光单晶硅片的可行性,分析其材料去除机理.试验采用传统的化学机械抛光CMP和雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP,使用三种含有不同成分的抛光液对硅片进行抛光,对抛光前后的硅片进行称重比较两种工艺方法的材料去除率;通过扫面探针显微镜观察硅片的表面形貌,对其表面粗糙度进行分析.使用雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP工艺对硅片进行抛光时,硅片表面材料去除率随着抛光压力的增大而增大,抛光压力为9 psi时达到最大为711 nm/min,高于传统化学机械抛光的630 nm/min;对两种工艺抛光后的硅片进行扫描分析得出雾化施液化学机械抛光工艺抛光后的硅片表面粗糙度为3.8 nm,低于传统化学机械抛光工艺的6.8 nm.雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP工艺抛光硅片是可行的,优于传统化学机械抛光工艺,具有材料去除率高、抛光效果好、节约成本以及绿色环保的优点.     

硒化锌的化学机械抛光研究

采用化学机械抛光(CMP)的方法,自制抛光液作为研磨介质,对(50×50×1.5)mm3硒化锌(ZnSe)晶片抛光.通过分析抛光液的pH值、抛光盘转速、抛光液的磨料浓度、压力、抛光时间和抛光液流量等参数对CMP的影响,组合出最佳工艺参数,并通过原子力显微镜和平晶测试方法对最佳工艺参数获得的ZnSe晶片进行测试,实验结果显示,ZnSe晶片抛光后的表面粗糙度Ra为0.578 nm,平面面形误差小于1.8 μm.     

离子束作用下KDP晶体表面粗糙度研究

为了避免传统加工过程对KDP( Potassium dihydrogen phosphate)晶体表面产生损伤、嵌入杂质等降低晶体抗激光损伤阈值的不利因素,文章探索采用离子束抛光技术实现KDP晶体的加工.本文主要分析了离子束抛光作用下KDP晶体表面粗糙度的演变过程,采用垂直入射和倾斜45°入射两种方式研究KDP晶体表面粗糙度,利用倾斜45°入射的加工方式提高了KDP晶体的表面质量,其表面均方根粗糙度值由初始的3.07 nm减小到了1.95 nm,实验结果验证了离子束抛光加工KDP晶体的可行性.     

SiC晶片不同晶面的CMP抛光效果对比研究

化学机械抛光(CMP)已被认为是目前实现SiC晶片全局平坦化和超光滑无损伤纳米级表面的最有效加工方法之一,然而SiC晶片的化学氧化反应受其表面极性的强烈影响,从而导致其不同晶面表面原子在CMP过程中的可氧化性以及氧化产物去除的难易程度存在差异.采用K2 S2 O8作为氧化剂、Al2 O3纳米颗粒作为磨粒,对比研究了6H-SiC晶片Si面和C面的CMP抛光效果,并分析不同晶面对其CMP抛光效果的影响机理.结果表明,6H-SiC晶片Si面和C面的CMP抛光效果存在显著差异.6H-SiC晶片Si面的材料去除率在pH=6时达到最大值349 nm/h;相比之下,C面的材料去除率在pH=2时达到最大值1184 nm/h,抛光后的Si面和C面均比较光滑.氧化剂进攻C面上C原子的位阻明显小于其进攻Si面上的C原子的位阻,从而导致C面比Si面具有更高的反应活性和氧化速度.此外,C面上的氧化物比Si面上的氧化物更容易被去除,因此C面比Si面易于获得更高的材料去除率.     

纳米尺度延性域干切削KDP晶体的无粘屑研究

为了避免使用切削液及其相应清洗工艺对KDP晶体表面产生雾化、引入杂质等降低晶体抗激光损伤阈值的不利因素,采用干切削技术对KDP晶体进行超精密切削.在干切削KDP晶体工艺中所遇到的难点是切削屑片易粘附已加工表面,由此产生屑片粘附点难清洗、易雾化等问题.本文提出了基于真空抽屑装置干切削KDP晶体的新工艺,重点解决了干切削工艺下KDP晶体表面粘屑现象,实现了无需清洗、无杂质的加工表面.在选择延性域切削参数条件下,取得了表面粗糙度为2.69 nm(Ra)的无粘屑、超光滑表面.     

基于纳米压痕测试的激光晶体光学加工性能研究

针对高功率固体激光器中使用的四类重要激光晶体(YAG、LBO、YCOB、KDP)元件,开展了晶体材料的光学加工性能研究.基于纳米压痕测试实验,研究了几种激光晶体材料在激光器实际使用晶向角度下的的表面力学特性差异,获得了载荷、弹性模量、压痕硬度等参数与压痕深度之间的变化规律;利用超景深显微镜及场发射扫描电镜观察了激光晶体表面的纳米压痕形貌,揭示了裂纹形貌随压力载荷的演变规律以及晶体材料力学各向异性现象.以熔石英材料为参照,从力学特性角度横向对比了几种激光晶体材料获得超光滑表面的光学加工难易程度.     

基于有限元法与超胞法的结构声表面波缺陷态分析

简要介绍了有限元法与超胞法相结合计算结构声表面波缺陷能带结构的方法,理论上分析了缺陷型表面声子晶体的声限制和声波导.表面声子晶体由刻有周期性凹槽的刚性板构成,通过改变晶体中某一格点或某一排格点的几何参数可以构建点缺陷和线缺陷.利用有限元法与超胞法能够十分方便地计算出表面声子晶体的点缺陷和线缺陷对应的缺陷带结构以及特定频率声波局域在点缺陷与线缺陷的本征压力场.通过分析缺陷能带结构与本征压力场,可以直观地了解缺陷型表面声子晶体中的声限制和声波导.     

氮化镓籽晶的表面损伤处理及氨热生长研究

籽晶的表面损伤会导致后续生长的晶体位错增多.为了降低籽晶表面的损伤,通常采用粗磨-精磨-抛光的多步过程处理的晶片作为籽晶,工艺步骤多、复杂,成本高.本文采用磷酸去除表面损伤层的粗磨GaN与化学机械抛光的GaN分别作为籽晶,对比了两种籽晶氨热生长后晶体表面、生长速率、结晶质量、应力状况.光学显微镜表明两种籽晶生长后晶体的表面具有相似的丘状表面.氨热法生长速率较慢,化学机械抛光籽晶生长速率略高于粗磨籽晶.X射线单晶衍射(XRD) (002)和(102)的摇摆曲线半高宽显示抛光籽晶与粗磨籽晶生长得到GaN结晶质量基本一致.Raman E2(high)频移表明抛光籽晶生长的GaN晶体接近无应力状态,粗磨籽晶生长的晶体存在较小的压应力.     

KDP晶体锯切应力场与初始内应力场的耦合分析

本文采用有限元法建立了KDP晶体线锯切割的仿真模型,仿真分析了切割过程中晶体内部应力场分布的变化规律.结果表明,线锯切割加工过程应力变化整体平稳,属低应力锯切方式,当晶体即将切断时,最大拉应力显著增加;随着被加工材料的去除,晶体初始内应力释放,晶体内部距离待加工表面越近的点,切割过程中应力变化越剧烈;锯切切口处,锯切应力与内应力相互耦合,应力集聚,并且晶体初始内应力越大,应力集聚越明显,晶体切割开裂几率越大.仿真结果为保证KDP晶体线锯切割加工过程中避免开裂提供了理论基础.     

含孤立MO3平面基团晶体折射率计算

本文建立了一种计算含孤立MO3 (M=B,C)平面基团晶体折射率简单可行的方法,选择部分已知折射率的含孤立MO3平面基团的晶体,采用最小二乘拟合法,定出基团各向异性极化率和其晶体环境参数,并据此计算其它晶体的折射率.对30余种晶体折射率的计算结果表明,该方法所得结果与实测值之间相差不大于3.5;.同时计算了YCa4O(BO3)3,LaCa4O(BO3)3,Ca5(BO3)3F三种单斜晶体的折射率主轴方向,其中对LaCa4O(BO3)3和YCa4O(BO3)3两种晶体,计算结果与实验值符合很好,将为该晶体未来定向提供参考.     

SPDT加工对KDP晶体表面温度及应力的影响

KDP晶体作为优质的非线性光学材料,具有脆性高、对温度敏感等特性,在单点金刚石切削(SPDT)超精密加工中,微小的温度和应力变化有可能对晶体造成损伤,但是一直未有相关实验报道.本文采用红外热成像仪对SPDT加工过程进行监测,结合Raman光谱技术,研究KDP晶体在SPDT加工前后表面温度和应力的分布变化.大尺寸KDP晶体经过快速微区切削后,在给定的切削工艺条件下,测量出切削部分最高瞬态温度比附近未切削部分高出将近8℃.通过Raman测量,显示切削后晶体表面存在残余拉应力.结合热力耦合模拟仿真,进一步分析了SPDT加工过程动态切削温度对晶体质量的影响,为优化加工参数提供依据.     

CMTD晶体的分解过程原子力显微镜实时观测研究

用原子力显微镜实时观测了有机晶体CMTD(CdHg(SCN)4(H6C2OS)2)的表面分解过程,这一分解过程是以表面形貌变化来表征的,并且能反映分解过程中的一些固态反应的物理一化学变化机制.X射线能谱分析(EDAX)表明,相对于新鲜的CMTD晶体,在分解物中Hg低而S高;X射线衍射(XRD)表明分解物为非晶态;红外吸收光谱(IR)表明在CMTD晶体结构中的(H6C2OS)结构基元被分解为H2O和酸;量热分析(DSC)表明CMTD晶体在室温空气中确实有化学反应发生.本文用原子力显微镜实时记录了这一分解过程的形貌变化,发现这种非晶态的分解物的产生过程为:成核一核生长一核分散等.这是首次用原子力显微镜实时观测到这种分解过程.     

基于离子束抛光的KDP晶体表面嵌入铁粉清洗研究

磁流变抛光技术是实现KDP晶体超精密加工的新方法,但磁流变液中的铁粉容易嵌入质软的KDP晶体表面.本文提出了利用基于低能离子溅射原理的离子束抛光技术去除KDP表面嵌入的铁粉.利用红外拉曼光谱和白光干涉仪分别分析了低能离子束抛光前后KDP晶体表面物质结构变化和表面粗糙度的变化;结果显示,低能离子束溅射不改变KDP晶体表面的组成结构,并改善了KDP晶体表面质量,因此离子束抛光可用于KDP晶体的加工;利用飞行时间二次离子质谱分析技术分别对单点金刚石车削、磁流变抛光和低能离子束抛光后的KDP晶体表面进行元素分析,结果显示低能离子束抛光可有效去除磁流变抛光在KDP晶体表面嵌入的铁粉.