宽周期掩膜法HVPE侧向外延自支撑GaN的研究

GaN膜在传统生长过程中主要通过异质外延获得,这往往会产生晶格失配和热失配,给GaN带来严重的位错和应力。目前降低位错最广泛的方法是使用侧向外延技术。在这项工作中,首先在蓝宝石基GaN衬底上沉积了一层SiO₂,并用光刻的方法将其制备成高掩膜宽度(窗口宽度20 μm/掩膜宽度280 μm)的宽周期掩膜,再通过氢化物气相外延(HVPE)侧向外延了厚度为325 μm的GaN厚膜,通过胶带可以将其进行剥离形成自支撑衬底。同时通过二维的Wulff结构图研究了GaN生长过程中晶面的变化趋势。宽周期掩膜法对于生长可剥离的低位错密度自支撑GaN有着重大意义。     

KDP晶体各向异性对划痕特性影响的实验研究

对KDP晶体二倍频晶面样品进行金刚石球形压头纳米划痕实验,划痕方向为0°、45°和90°,划痕长度为420μm,恒斜率载荷变化范围为0～150 mN,并利用扫描电子显微镜对划痕形貌进行观察.通过对划痕深度-距离曲线及划痕形貌进行分析,获取各划痕方向脆塑去除比例和脆塑转换位置.实验结果表明:0°、45°和90°方向脆塑转变位置分别为209.0μm、158.5 μm和112.6 μm,从而可知沿0°方向划痕的样品脆塑转变最晚,临界载荷最大,划痕脆性去除最少,是样品的最优加工方向.磨削加工验证实验结果显示,0°方向平均切削力及加工后表面粗糙度均最小,进一步证实其为KDP晶体二倍频表面最优加工方向.     

不同碳源浓度金刚石涂层刀具切削石材的性能研究

采用不同碳源浓度金刚石涂层刀具与未涂层刀具铣削石材,研究切削参数对切削力及加工表面质量的影响,分析刀具磨损机理,找到金刚石刀具最佳切削参数,进而实现切削优化.采用正交实验法,通过测力仪测量出不同刀具、不同切削参数下的切削力,测试已加工材料的表面粗糙度,观测刀具磨损情况.结果表明,对铣削分力Fx、Fz影响最大的是涂层碳源浓度;对铣削分力Fy影响最大的是切削深度;对表面粗糙度影响最大的是进给速度;当主轴转速达到n=3000 r/min、进给速度为vf=300 mm/min、切削深度d=1.0 mm、涂层碳源浓度为3;时,刀具切削性能最佳;3;涂层碳源浓度金刚石刀具较其他碳源浓度(含未涂层)刀具,加工后的石材表面粗糙度最低、切削力最小、耐磨性高,提高了加工精度,延长刀具的使用寿命.     

高速正交切削SiCp/Al复合材料的切屑形成及边界损伤仿真研究

针对SiCp/Al复合材料颗粒增强相与基体相不同的机械力学性能,对照SiCp/Al复合材料金相照片中的SiC颗粒形状与分布状态建立仿真模型,并对SiCp/Al复合材料的颗粒和基体进行分别定义.使用ABAQUS有限元软件仿真研究了高速切削复合材料切屑的形成、工件已加工表面的缺陷特征、边界损伤的形成机理及切削用量对边界损伤程度的影响规律.结果表明:在第1变形区切削变形主体表现为沿剪切角方向Al合金基体的剪切滑移,滑移主要发生在SiC颗粒与Al合金基体的边界邻近区域;对刀刃直接作用的SiC颗粒,由于其压力较大,会发生破碎现象;SiCp/A1复合材料的切屑形态以单元状切屑和由几个单元构成的节状切屑为主;SiC颗粒的破碎和整体剥落是造成已加工表面缺陷的重要因素;负剪切角是产生边界损伤的标志;切削速度对边界缺损几何尺寸大小的影响较小,切削深度对边界缺损几何尺寸大小的影响较大;随着切削深度的增大,边界缺损长度呈直线上升趋势,边界缺损高度先显著增加后缓慢增加.     

HIPSN陶瓷磨削力与温度的实验研究

为了研究磨削参数对热等静压氮化硅陶瓷磨削温度与磨削力的影响以及磨削温度和磨削力与表面形成之间的关系.通过正交实验得出磨削参数与磨削温度、磨削力以及比磨削能的关系,而后得出比磨削能与表面成形的关系.当砂轮速度由30 m/s增大到45 m/s,法向磨削力由241.4 N减小到185.3 N,切向磨削力由83.5 N减小到58 N,磨削温度由268℃增加到370.5℃,比磨削能由179.14 J/mm-3增加到238.88 J/mm-3,表面质量变好.磨削深度由5μm增加到35μm,法向磨削力由178.15 N增加到274.6 N,切向磨削力由40.88 N增加到115 N,磨削温度由77.75℃增加到593℃;比磨削能由335.74 J/mm-3减小到100.72 J/mm-3,表面质量变差.工件进给速度由1000 mm/min增大到7000 mm/min,法向磨削力由185.13 N增加到256.05 N,切向磨削力由47.48 N增加到91.08 N,磨削温度先由352.25℃减小到308℃,后增加到325.75℃,比磨削能由376.2 J/mm-3减小到94.98 J/mm-3,表面质量变差.当比磨削能较大时,表面以塑性变形的方式去除,比磨削能较小时,表面以脆性断裂的方式去除.在陶瓷磨削加工中尽可能选择小切深和较缓的工件进给速度,并适当提高砂轮线速度.     

CsI-LiCl共晶材料的坩埚下降法生长与闪烁性能研究

本文采用坩埚下降法,在真空密封的石英坩埚中成功生长出CsI-LiCl与CsI-LiCl:Na共晶闪烁体。通过扫描电子显微镜(SEM)观察晶体微结构表明该共晶中LiCl相与CsI相存在周期性的层状排列,CsI相的厚度在5 μm左右。共晶样品的X射线激发发射谱显示在CsI-LiCl和CsI-LiCl:Na共晶样品存在缺陷发光,在CsI-LiCl样品中还观察到了纯CsI的自陷激子(STE)发光。CsI-LiCl样品在α粒子激发下的多道能谱中观察到明显的全能峰,这一结果证明CsI-LiCl共晶可用于热中子探测的潜力。     

单晶硅电火花铣削维持电压测定及蚀除机理研究

提出一种以电火花放电加工技术对半导体硅材料进行铣削加工的方法,建立了半导体放电加工电路模型,测量了半导体放电加工放电通道的维持电压,其值为18V.在此基础上,从放电能量和ANSYS仿真两个方面对单晶硅电火花铣削的蚀除机理进行了研究.通过单位能量蚀除量的计算,并与45钢比较,得出单位能量单晶硅的蚀除量是45钢的4倍,由此提出了单晶硅蚀除是热蚀除和热应力剥落综合作用的结果;通过仿真分别计算出单脉冲放电温度场和热应力场的蚀除量,其热应力剥落是热蚀除的4.6倍,与基于能量计算的分析结果基本吻合.最后实验验证了分析结果的正确性.     

断续磨削加工聚晶金刚石的机理研究

分别采用超声振动冲击和脉冲激光加热技术对开槽金刚石砂轮断续磨削加工聚晶金刚石过程中的机械冲击和热冲击进行了模拟实验研究.研究结果表明,在断续磨削加工过程中,由于开槽砂轮和工件之间接触面积变化引起的磨削力周期性变化,有利于聚晶金刚石材料加工表面上的晶粒产生脆性微细破碎去除;由于开槽砂轮和工件之间接触面积变化引起的热冲击,有利于聚晶金刚石材料加工表面上的晶粒产生微细裂纹和疲劳破碎.实验结果表明,开槽金刚石砂轮磨块切入部分的磨粒以破碎损耗为主,磨块切出部分的磨粒以机械磨耗、氧化、石墨化损耗为主.     

PCD刀具切削各向同性热解石墨时石墨转移膜的形成机理

为研究石墨转移膜在刀具表面形成的可能性和演变规律及形成机理,采用聚晶金刚石(PCD)刀具进行了各向同性热解石墨切削试验.对刀具磨损区域形貌、表面加工质量和切削力进行了分析.根据试验结果分析表明:切削过程中PCD刀具后刀面上形成了一层石墨转移膜.石墨转移膜的形成机理以物理吸附作用和摩擦挤压为主.石墨晶体结构特性、石墨晶体缺陷和环境氛围是影响石墨转移膜形成的三个主要因素.刀具磨损、表面加工质量和切削力的变化情况与石墨转移膜的动态变化过程具有较高的一致性,石墨转移膜的形成可以有效地降低刀具磨损速度,提高表面加工质量,降低切削力.     

基于边缘破碎驱动裂纹推挤加工的破碎模拟实验研究

工程陶瓷基于边缘破碎驱动裂纹软推挤加工是一项创新性的非传统接触式加工技术,可采用单晶压头挤压破碎模拟实验研究新技术的加工特征.通过对挤压破碎曲线、微观形貌观察以及有限元仿真讨论了挤压驱动裂纹失稳的机理,以及预制缺陷的应力集中效应起到的重要作用.通过正交实验探讨了加载速度、凸缘宽度、压痕位置离外边缘距离、槽深对挤压破碎力的影响规律,并采用多元回归模型实现较好的拟合.     

横向超声激励对金刚石线锯切割单晶SiC切割速度及切割机理影响

硬脆晶体材料如SiC、Ge和Si等,由于具有极高的硬度和脆性,普通线锯切割很难进一步提高硬脆材料晶片的切割效率和表面质量.本研究把超声振动应用到金刚石线锯切割单晶SiC.基于超声振动切削加工的特点,分析了柔性线锯横向振动切割单晶SiC的必要条件;建立了横向超声激励下柔性金刚石线锯对SiC工件的动态切割过程模型,研究分析了超声振动对线锯间歇切割弧长及切割速度的影响,得到横向超声振动线锯切割速度增量的数学表达式.基于压痕裂纹模型,讨论了横向超声振动线锯切割和普通线锯切割对切割速度、切割力和表面粗糙度的影响.以单晶SiC为切割对象,对普通线锯切割和超声振动线锯切割进行了对比实验,结果表明在相同条件下,超声振动线锯切割使晶片的表面粗糙度有明显改善,超声振动线锯的切割速度比普通线锯切割的速度提高了约45;,锯切力减少28;~53;.实验结果与理论分析具有良好的一致性.     

A study on the electrolytic in-process dressing (ELID) for silica glass in a ductile mode

It is important to develop a new grinding technique with higher efficiency for hard and brittle materials. As a requirement of optical transmission, the electrolytic in-process dressing (ELID) is used to manufacture high quality silica glass with ultra-precision. This technology has many virtues, such as high efficiency and high precision. Atomic force microscope results have been used to optimize grinding parameters and achieve a ductile mode during the manufacturing process. With a low feed rate and an appropriate speed, silica glass surfaces with a good quality have been obtained.     

Effect of load in scratch experiments on soda lime silica glass

Today the technological applications of glass span from everyday life to many advanced areas. These advanced applications require very accurate grinding and polishing that involve controlled removal of glass to achieve micron or even sub-micron surface finish. The major bottleneck in this connection is that the material removal mechanisms during such processes are yet to be fully understood. Since grinding involves many single pass scratch processes happening simultaneously, to develop better understanding about the effect of the normal load in affecting the material removal mechanisms; a number of single pass scratch experiments were conducted on a commercially available soda lime silica glass as a function of various normal loads (2–15 N) at a constant scratch speed of 100 μm.s^? 1. The results showed that the tribological properties, the severity and the spatial density of damage evolution were sensitive to the applied normal loads and the resultant tensile as well as shear stresses. Extensive optical and scanning electron photomicrography of the surface and sub-surface deformation zones proved the existence of three distinct deformation zones in the immediate vicinity of the scratch grooves and led to the development of a qualitative model of the material removal mechanisms.     

单晶硅低裂纹损伤切片加工技术研究进展

单晶硅晶圆衬底的直径增大、厚度减薄和集成电路(IC)制程减小是集成电路领域主流发展趋势。随着集成电路制程减小至5 nm,对单晶硅晶圆衬底质量的要求越来越高。切片加工是晶圆衬底制造的第一道机械加工工序,金刚石线锯切片是大尺寸单晶硅切片加工的主要技术手段。本文介绍了金刚石线锯切片加工的发展趋势和面临的挑战,阐述了以单晶硅刻划加工研究为基础的金刚石线锯切片加工材料去除机制和电镀金刚石线锯三维形貌建模技术,总结了单晶硅切片加工的晶片表面创成机制和裂纹损伤产生机制,展望了单晶硅低裂纹损伤切片加工的工艺措施,指出了单晶硅切片加工技术的发展趋势,对集成电路制造技术的发展具有一定的指导意义。     

Infrared and Raman spectroscopy of particle-beam induced damage of silicon carbide

The damaging of 6H-SiC by ion implantation (Ar⁺, 320 keV) leads to the formation of a light-absorbing surface layer with a thickness of about 0.4 μm and a dielectric function which indicates a disordering of the crystal structure. Raman spectra show the existence of amorphous carbon, silicon and silicon carbide. Ion bombardment with 1.4 MeV He⁺ ions generates a 3 μm thick surface layer with small lattice distortions and light-absorbing centers and a 0.4 μm thick interface layer with a larger refractive index.     

往复式电镀金刚石线锯切割单晶硅片特性研究

通过往复式电镀金刚石线锯切割单晶硅片实验,分析了切片表面的微观形貌特点,研究了锯丝速度与进给速度对硅片的表面粗糙度、总厚度偏差(TTV)、翘曲度与亚表面损伤层厚度(SSD)的影响规律.结果表明:线锯锯切时材料以脆性模式去除,锯切表面的微观形貌呈现部分沟槽与断续划痕,并存在大量凹坑;锯丝速度增大,进给速度减小,表面粗糙度与SSD减小;锯丝速度增大,进给速度增大,硅片的翘曲度也随之增大;硅片TTV值与锯丝速度和进给速度的匹配关系相关.     

配合参数对单晶炉驱动系统的影响分析

光伏产业的发展使得对硅材料的需求日益增加,同时硅单晶生产行业竞争也日趋激烈。作为生产硅单晶的重要装备,单晶炉的稳定性和可靠性关系到硅单晶生产效率的提升和成本的下降,因此其驱动系统的设计和优化成为装备制造的关键环节。本文以NVT-HG2000-V1型硅单晶生长炉的驱动系统为研究对象,用SolidWorks三维建模实现虚拟装配,采用ADAMS建立其动力学仿真模型,并对驱动系统的运动过程进行仿真模拟。采用控制变量法定量分析了铜套与升降轴的配合间隙及丝杠参数对驱动力和驱动力矩的影响规律,进而在提高硅单晶生长炉装备稳定性和可靠性方面给出合理的技术建议。结果表明,铜套与升降轴的配合间隙达到0.071 mm后能有效降低驱动系统运行所需驱动力矩,丝杠倾斜度、螺纹螺距与螺纹间摩擦系数的增大均会导致驱动系统运行所需力矩大幅增加。     

十二烷基苯磺酸钠与聚乙烯吡咯烷酮复配表面活性剂对单晶硅制绒的影响

本文采用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的复配溶液作为单晶硅制绒添加剂,取代目前常用碱醇制绒液中的异丙醇,不仅降低了绒面的反射率、缩短了制绒时间,而且具有成本低、制绒过程中不需要定时补充等特点。本文研究了SDBS与PVP复配添加剂的比例、浓度、反应时间、反应温度等对单晶硅制绒效果的影响,实验发现当SDBS与PVP的混合体积比为1∶4、复配添加剂的浓度为0.26%(质量分数)、制绒温度为80 ℃、制绒时间为15 min时,在400~1 000 nm波长范围内的平均反射率为9.8%。与传统的碱醇制绒液相比,SDBS与PVP复配添加剂的制绒时间缩短了25 min,反射率降低约2%,是一种非常有发展潜力的产业化单晶硅制绒添加剂。     

Surface damage of soda-lime-silica glasses: indentation scratch behavior

Contact mechanics problems are of fundamental interest both to understand the process of surface damage and matter removal in brittle materials, and to develop a method to evaluate their scratch resistance. In order to get insight into these problems in the case of soda-lime-silica glasses, a classical indentation apparatus was used, and an original scratch experimental setup was designed, allowing for a monotonic loading (or unloading) of the indenter combined with a controlled sliding of the specimen beneath the indenter. The influences of the normal load, the moisture level and the glass composition have been studied, and clear relationships were established between the glass compositions and the indentation-scratching behavior. The indentation and scratching characteristics such as the critical-crack-initiation loads and the transition loads between the different scratch regimes were correlated and interpreted in the light of the brittleness index and structural considerations.