KDP晶体超声辅助磨削的亚表面损伤研究

通过采用角度抛光和逐层抛光法以及择优化学腐蚀,对基于超声辅助磨削的KDP晶体试件进行亚表面损伤形式观察以及损伤深度检测,以便为后续加工提供指导.损伤检测实验表明:在超声辅助磨削工艺条件下,亚表面损伤以与磨粒运动方向平行的中位裂纹为主,且裂纹间距具有一定的规律性;亚表面损伤深度为19～48 μm,磨头形状(有无倒角)较之磨头磨粒粒度对亚表面损伤深度具有更大的影响,使用有倒角的磨头可得最小亚表面损伤.     

腐蚀法测量研磨蓝宝石亚表面损伤的实验研究

化学腐蚀法是一种简单有效的蓝宝石亚表面损伤深度检测方法.利用高温熔融KOH对蓝宝石工件的化学腐蚀作用,开展W40固结磨料研磨后蓝宝石工件的化学腐蚀实验,设计耐高温陶瓷夹具固定腐蚀液中工件位置,并用称重法测算腐蚀速率和腐蚀厚度,揭示亚表面损伤的形成机理.结果表明:采用陶瓷夹具固定工件可使腐蚀面积的均匀性大大提高,平均腐蚀速率提高9.21;左右.蓝宝石工件的腐蚀速率和腐蚀厚度逐渐减小,最后趋于稳定,其亚表面损伤深度约为8.41 μm.天平称重法可有效提高腐蚀速率和腐蚀厚度的测算精度,为蓝宝石亚表面损伤的有效测量提供帮助.     

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.     

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.     

固结磨料研磨SiC晶片亚表面损伤截面显微检测技术

本文对采用截面显微检测法检测SiC晶片亚表面损伤时样品的制备、腐蚀液配方及腐蚀环境进行了系统地研究,并重点分析了固结磨料研磨SiC晶片(0001) Si面和(0001)C面亚表面损伤的深度及微裂纹构型.结果表明,采用腐蚀液配方为KOH:K2CO3 =20 g∶1 g,在420℃下腐蚀3min时亚表面损伤观测效果较好.在研磨压力为2 psi、金刚石磨粒粒径14 μm时,固结磨料研磨SiC晶片的亚表面损伤层深度约为2.6 μn,亚表面微裂纹构型有垂线状、斜线状、钩状、叉状、树枝状、人字状以及横线状.在相同的加工条件下,SiC晶片的(0001) Si面和(0001)C面的损伤深度基本相同.     

化学气相沉积法制备石墨烯晶畴的氧气刻蚀现象研究

利用化学气相沉积法在抛光铜衬底上制备出六角形石墨烯晶畴,并对石墨烯晶畴进行氧气刻蚀.刻蚀完成后,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察到石墨烯晶畴表面的褶皱被刻蚀成网络状和短线状形貌的刻蚀条纹,并且刻蚀条纹的密度分布差异较大.通过电子背散射衍射测试证明了铜衬底的晶向与褶皱的形貌和密度分布有密切关系,不同的铜衬底晶向会影响褶皱的形貌和密度分布.通过改变刻蚀时间和刻蚀温度,发现刻蚀温度对石墨烯的氧气刻蚀具有更重要的影响,当刻蚀温度高于250 ℃时,刻蚀速率明显提高.这种氧气刻蚀方法,为观察石墨烯表面褶皱的形态和密度分布提供了一种便捷的途径.     

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.     

磨粒尺寸对FAP研抛工件亚表面损伤层深度的影响

建模分析了固结磨料研抛过程中结构因素与工艺参数对磨粒切入工件深度的影响;采用BOE分步腐蚀法测量了不同磨料粒径FAP研抛后K9玻璃、熔石英玻璃亚表面损伤层深度;建立了亚表面损伤层深度与磨粒粒径之间的相关关系.结果表明:固结磨料研抛条件下,工件亚表面裂纹层深度与工件特性、研抛垫特性及磨粒尺寸相关;基于平均切深的亚表面损伤层模型与实验结果有较好的吻合度.为固结磨料研抛垫的设计与工艺参数的制订提供了理论依据.     

金刚石切割多晶硅片切割痕性质与消除方法研究

金刚石线锯切割多晶硅片表面存在两种尺度的切割痕纹:由锯线往复运动形成的周期在亚毫米尺度的往复纹,和由金刚石划出的宽度在微米尺度的划痕.金刚石切割硅片的微观粗糙度比砂浆切割硅片小～25;.金刚石切割硅片相对粗糙表观以及往复纹的呈现都来自于光滑划痕的视觉增强作用.酸刻蚀制绒不能消除金刚石切割硅片表面切割痕纹;碱刻蚀只能消除部分晶粒之上的切割痕纹.尝试了一种气相酸刻蚀方法,取得了彻底消除金刚石切割硅片表面切割痕纹的效果,同时获得了良好的制绒效果,但其均匀性有待改善.     

飞秒激光对两种不同的单晶硅的辐照损伤研究

为研究杂质在超短脉冲激光对材料辐照过程中的作用,利用相同能量密度的飞秒激光对两种不同的单晶硅片进行扫描刻蚀,在两种硅片表面均形成平行分布的刻蚀槽,刻蚀槽内部密布着大量的微纳米颗粒.通过电子扫描显微镜和台阶仪等测试手段对样品进行形貌观测,发现两种样品的损伤程度存在较明显的差异.数据分析表明激光辐照对材料造成的损伤受到晶体内部固有杂质缺陷的影响,杂质的存在可以加剧辐照损伤.     

碳化硅晶圆的表面/亚表面损伤研究进展

表面无损伤、粗糙度低的半导体碳化硅(4H-SiC)衬底是制造电力电子器件和射频微波器件的理想衬底材料，在新能源、轨道交通、智能电网和5G通信等领域具有广阔的应用前景。4H-SiC衬底的加工过程包括切片、减薄、研磨、抛光和清洗，在4H-SiC衬底加工过程中引入的表面/亚表面损伤均严重影响材料性能、同质外延薄膜性质，以及器件性能和可靠性。本文将重点介绍4H-SiC晶片在切片、减薄、研磨、抛光等各个加工环节中表面/亚表面损伤的形成和去除机制，基于4H-SiC晶圆表面/亚表面损伤的检测方法，综述亚表面损伤的形貌和表征参量，并简单介绍三种常见的亚表面损伤的消除方法，分析其技术优势和发展瓶颈，对去除亚表面损伤工艺的发展趋势进行了展望。     

镁/钛离子注入对蓝宝石微结构和机械性能的影响

离子注入已被证明是改善蓝宝石光学和机械表面性能的一种可靠方法.本文选择不同能量和剂量的镁/钛离子注入蓝宝石.利用TRIM(Transport of Ion Matter)程序分析了镁/钛离子在蓝宝石晶体中的射程分布.利用拉曼光谱和掠入射X射线衍射分析了损伤层深度和微结构变化.离子注入结果显示,蓝宝石的纳米硬度、纳米划痕和红外性能等均呈现出可调节的特性.     

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.     

硅片加工表面层损伤检测技术的试验研究

单晶硅片超精密加工表面层损伤较小,检测评价比较困难.为了确定合适的检测技术,对多种硬脆材料表面层质量检测技术进行了系统的试验研究.结果表明,硅片加工表面宏/ 微观形貌可采用各种显微镜及3D表面轮廓仪等进行检测,表面损伤分布可采用择优腐蚀法和分步蚀刻法检测;粗加工和半精加工硅片的损伤深度宜采用角度抛光法检测,而精加工硅片的损伤深度较小,宜采用截面Raman光谱分析和恒定腐蚀速率法检测;损伤层的微裂纹、位错、非晶及多晶相变等微观结构可采用分步蚀刻法、平视和剖视TEM分析法及显微Raman光谱仪检测;表面层宏观残余应力分布可用显微Raman光谱仪检测,其微观应变可采用高分辨X射线衍射仪的双品摇摆曲线的半高宽值来衡量.综合以上检测技术可以对硅片加工表面层损伤进行系统的评价.     

GaAs微探尖的衬底选择刻蚀法剥离和转移

报道了一种用于制作扫描近场光学显微术(SNOM)传感头的GaAs微探尖的剥离和转移方法-GaAs衬底选择湿法刻蚀技术.利用扫描电子显微镜对转移后的微探尖进行了表征.结果表明,通过此方法能够成功地将GaAs微探尖转移到目标晶片上,并且在剥离和转移过程中微探尖没有受到损伤.这种技术对实现由带有PIN光探测器的垂直腔面发射激光器与GaAs微探尖的混合集成式SNOM传感头有着非常重要的应用价值.     

表面补偿的高雾度ZnO∶Al及其在硅薄膜太阳电池中的应用

采用稀盐酸对磁控溅射法制备的平面掺铝氧化锌(ZnO∶Al,AZO)薄膜表面进行湿法刻蚀制绒,分析了盐酸浓度和刻蚀时间对AZO薄膜表面的形貌特征和光电特性的影响。研究发现,湿法刻蚀导致AZO薄膜表面呈现大尺度的陨石坑形貌特征,随刻蚀时间增加,薄膜在大于500 nm的长波范围内光学透过率可维持在70%~75%,且800nm处雾度值可高达48%,陷光能力快速增加,而面电阻率呈现逐渐增加趋势。高的盐酸浓度可以导致薄膜表面呈现较快凹型形貌特征,并可给出较高的雾度值。为了在保持高雾度值的条件下改善薄膜导电性,在2%盐酸刻蚀30 s所制备绒面沉积300 nm AZO薄膜进行厚度补偿,所获得薄膜的表面方块电阻小于10Ω/sq,以其作为前电极所制成的单结薄膜电池转换效率达到9.24%。结果表明,采用酸性刻蚀+厚度补偿方法所制备的绒面AZO薄膜可兼顾高雾度和低电阻的性能要求,是用作硅基薄膜太阳电池前电极的理想材料。     

铝诱导表面织构玻璃及其对硅薄膜陷光作用的影响

采用铝诱导表面织构方法在玻璃衬底上制备了蜂窝状的凹坑结构;使用热丝化学气相沉积技术在该类衬底上制备了硅薄膜.扫描探针显微镜(SPM)图像表明,通过改变刻蚀时间、刻蚀溶液比例、Al膜厚度和退火时间等制备条件,可以有效控制玻璃表面凹坑结构的尺寸,使其在直径上从0.5μm到6μm,深度上从60 nm到700 nm可调.光吸收谱测试表明此类衬底对硅薄膜的光吸收有着明显的增强效果,以凹坑平均直径为2.3 μm,深度为358nm的铝诱导表面织构玻璃为衬底所制备的厚度为150 nm的硅薄膜,在350～1200 nm波长范围内的光吸收与使用平面玻璃为衬底的样品相比可提高28.5;.凹坑的尺寸大小对光吸收增强效果有重要影响.     

绒面结构ZnO薄膜及其表面处理

本文制备出(110)峰取向的绒面结构MOCVD-ZnO:B薄膜并提出CH3COOH湿法刻蚀的表面处理技术.研究表明,绒面结构ZnO:B薄膜具有"类金字塔"晶粒形状;处理前后ZnO:B薄膜的微观结构,方块电阻和光学性能变化不大.适当的表面处理有助于使薄膜表面趋于柔和,有望改善ZnO/Si界面特性,从而应用于μc-Si薄膜太阳电池.     

镁/钛离子注入对蓝宝石微结构和机械性能的影响（英文）

离子注入已被证明是改善蓝宝石光学和机械表面性能的一种可靠方法。本文选择不同能量和剂量的镁/钛离子注入蓝宝石。利用TRIM (Transport of Ion Matter)程序分析了镁/钛离子在蓝宝石晶体中的射程分布。利用拉曼光谱和掠入射X射线衍射分析了损伤层深度和微结构变化。离子注入结果显示,蓝宝石的纳米硬度、纳米划痕和红外性能等均呈现出可调节的特性。     

固结金刚石研磨盘加工蓝宝石基片的磨削性能研究

通过蓝宝石基片磨削试验研究了陶瓷结合剂、树脂结合剂和陶瓷树脂复合结合剂制备的固结金刚石研磨盘磨削工件的材料去除率、表面粗糙度和磨盘自锐性能,确定了磨削性能最佳的金刚石研磨盘结合剂,在此基础上,进一步研究了W40、W20、W7和W2.5金刚石研磨盘磨削蓝宝石基片的材料去除率、表面粗糙度、表面/亚表面损伤及其材料去除机理,提出依次采用W40金刚石研磨盘粗磨、W7金刚石研磨盘半精磨和W2.5金刚石研磨盘精磨的蓝宝石基片高效低损伤磨削新工艺.结果表明,陶瓷树脂复合结合剂制备的固结金刚石研磨盘磨削蓝宝石基片的综合性能最好,随着磨料粒径的减小,磨削蓝宝石基片的表面材料去除方式从脆性断裂去除向塑性流动去除转变,同时蓝宝石基片的材料去除率、表面粗糙度和亚表面损伤深度也随之减小.