磨料形貌及分散介质对4H碳化硅晶片研磨质量的影响研究

研磨作为4H碳化硅(4H-SiC)晶片加工的重要工序之一，对4H-SiC衬底晶圆的质量具有重要影响。本文研究了金刚石磨料形貌和分散介质对4H-SiC晶片研磨过程中材料去除速率和面型参数的影响，基于研磨过程中金刚石磨料与4H-SiC晶片表面的接触情况，推导出简易的晶片材料去除速率模型。研究结果表明，磨料形貌显著影响4H-SiC晶片的材料去除速率，材料去除速率越高，晶片的总厚度变化(TTV)越小。由于4H-SiC中C面和Si面的各向异性，4H-SiC晶片研磨过程中C面的材料去除速率高于Si面。在分散介质的影响方面：水基体系研磨液的Zeta电位绝对值较高，磨料分散均匀，水的高导热系数有利于控制研磨过程中的盘面温度；乙二醇体系研磨液的Zeta电位绝对值小，磨料易发生团聚，增大研磨过程的磨料切入深度，晶片的材料去除速率提高，晶片最大划痕深度随之增大。     

基于摩擦磨损的KDP晶体固结磨料抛光垫优化

本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响,试验结果表明:KHCO₃固结磨料球对磨后磨痕对称性好,磨痕处的粗糙度值低;磨痕截面积随磨粒和反应物浓度的增加而增大,随基体硬度的增大而降低;磨痕处粗糙度随磨粒和反应物浓度的增加先降低后上升,随基体硬度的增大先上升后降低;摩擦系数受磨粒和反应物浓度影响不明显,随基体硬度的增大而降低。选择KHCO₃作为反应物,Ⅰ基体,磨粒浓度为基体质量的100%,反应物浓度为15%制备固结磨料球与KDP晶体对磨后的磨痕轮廓对称度好且磨痕处粗糙度值低,以该组分制备固结磨料垫干式抛光KDP晶体,可实现晶体表面粗糙度Sa值为18.50 nm,材料去除率为130 nm/min的高效精密加工。     

准直磨料射流在准直管内流动机理及切割应用研究

分析了准直磨料射流的工作原理、特点及高速多相流体介质在准直管内有阻运动时的磨粒运动方程式。研究表明,准直管管长在０．４ｍ～３ｍ范围内磨粒速度基本保持不变,准直管长度、直径、供料量和磨粒型号等参数之间存在最佳配合关系。本为使用准直磨料射流进行切割和冲蚀的工程应用提供了初步的理论基础。     

淬火处理对原位TiCp／Fe复合材料组织及耐磨性的影响

研究了淬火处理对原位ＴｉＣｐ／Ｆｅ复合材料组织和耐磨性的影响。结果表明,复合材料经淬火处理后,其基体组织转变为马氏体,且进一步析出了一定量的细小ＴｉＣ颗粒,这种组织变化使复合材料的冲击韧性下降,但其硬度和耐磨性均显著提高,且其耐磨性是高铬白口铸铁的１．３倍,用扫描电镜和能谱观察分析发现,在淬火复合材料的磨损表面上,ＴｉＣ颗粒未剥落,因而能继续起抑制磨料磨损的作用。     

碳化物抗氧化稳定性及其与基体的协同作用对Cr—Ni合金铸铁高温耐磨性的影响

通过改变Cr-Ni合金铸铁中共晶碳化物的抗氧化稳定性,在可控气氛高温磨料磨损试验机上研究了碳化物及其与基体的氧化协同性对合金耐高温磨料磨损能力的影响。结果表明：碳化物的抗氧化稳定性以及碳化物与基体的氧化大无畏同性对合金在大气气氛中的高温耐磨性起着重要的作用。在Cr-Ni合金铸铁中,碳化物在高温氧化气氛中将优先于合金基体发生氧化腐蚀,使合金的耐磨性得到极大损害,因此,使碳化物与合金基体在高温下保持协同的高温稳定性对合金的高温耐磨性非常有利。     

超临界CO2磨料射流流场影响因素的模拟分析

为了揭示超临界CO₂磨料射流流场特性,利用计算流体动力学模拟软件,对超临界CO₂磨料射流结构及不同因素对射流流场的影响规律进行了研究。结果表明:超临界CO₂磨料射流轴向速度和冲击力随着喷距的增大,先增大后减小,即存在最优喷距,喷射压差为10~30 MPa时最优喷距为3~6倍喷嘴直径;喷射压差一定时,围压由10 MPa增至30 MPa对射流速度场及液相冲击力会造成较小的负面影响。通过超临界CO₂射流破岩实验对上述2因素进行了辅助对比验证;流体温度由333 K增至413 K,固液两相轴向速度增大,而流体密度降低,导致液相冲击力减弱;磨料浓度由3.0%连续增至11.0%,射流固液两相轴向速度逐渐降低,降幅逐渐减小。     

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.     

固结磨料研磨镁铝尖晶石的材料去除机理

研磨过程中机械去除作用与化学去除作用的有效分离是实现研磨过程可控调节及提高加工表面质量的前提.本文通过尖晶石在不同介质中的材料去除速率,对其在不同研磨液中化学与机械作用的材料去除率进行了分离和计算;采用微/纳压痕仪测量了不同研磨液作用下工件表面的显微硬度,依此分析了其软化层厚度.结果表明:研磨液对镁铝尖晶石工件具有一定的化学去除作用,研磨过程中材料去除以机械作用下的脆性去除为主;研磨液的化学作用主要体现在工件表面形成了一层软化层,其中乙二醇产生的软化层最厚,三乙醇胺最薄.     

酸性体系对镁铝尖晶石工件固结磨料研磨的影响

研磨介质的化学作用对于固结磨料研磨的材料去除率和表面质量具有至关重要的影响.采用不同的酸性介质对镁铝尖晶石样品进行研磨,研究了其对镁铝尖晶石固结磨料研磨的材料去除率和表面质量的影响;采用电感耦合等离子质谱仪(ICP)测量了不同酸性介质对镁铝尖晶石工件和研磨垫的化学腐蚀作用,并进一步采用电化学工作站检验了不同酸性介质对研磨垫填料铜的腐蚀性能.结果表明:研磨介质对填料铜的化学腐蚀促进研磨垫的自修整是其对研磨过程材料去除率产生影响的主要因素,其中3;乙酸研磨后的材料去除率最大,可达249.97 nm/min;研磨介质对工件的化学作用可以改善工件的表面质量,其中3;磷酸研磨后的工件表面粗糙度值最小,仅为72.4 nm.     

抛光加工参数对KDP晶体材料去除和表面质量的影响

针对软脆易潮解KDP功能晶体材料的加工难点,提出了一种基于潮解原理的无磨料化学机械抛光新方法,研制了一种非水基无磨料抛光液,该抛光液结构为油包水型微乳液.通过控制抛光液中的含水量可以方便地控制KDP晶体静态蚀刻率和抛光过程中材料的去除率.实验中还研究了不同加工参数对晶体材料去除率和已加工表面质量的影响.该抛光液的设计为易潮解晶体的超精密抛光加工提供了一条新的技术途径.