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.     

清洗方法对KDP晶体抛光表面质量的影响

为了提高KDP晶体的表面质量,减少清洗时新损伤的引入,降低清洗过程对抛光后晶体表面质量的影响,本文采用超声波、酒精棉、擦镜纸以及酒精棉与擦镜纸相结合的方法,对抛光后的KDP晶体表面进行了清洗.利用光学显微镜对不同清洗方法得到的表面质量进行检测对比.结果表明,酒精棉与擦镜纸相结合进行清洗为较理想的清洗方法,可以有效防止清洗中存在的表面潮解及新划痕的引入,清洗后的抛光表面粗糙度Ra为2.152 nm.     

硬脆晶体基片化学机械抛光材料去除非均匀性形成机制研究

本文主要对基片内材料去除非均匀性的形成机理进行了深入的研究;首先分析了化学机械抛光(CMP)时抛光机运动参数对硅片表面上相对速度分布非均匀性、摩擦力分布非均匀性、接触压力分布非均匀性及磨粒运动轨迹密度分布非均匀性的影响规律,然后进行了基片内材料去除非均匀性实验,通过实验得出了抛光机运动参数对基片表面材料去除非均匀性的影响;通过比较理论分析与实验结果,基片表面上相对速度分布非均匀性、摩擦力分布非均匀性及接触压力分布非均匀性随转速的变化趋势与基片表面材料去除非均匀性的实验结果的曲线性质不匹配,而只有抛光液中的磨粒在基片表面的运动轨迹分布密度非均匀性与基片表面材料去除非均匀性的实验结果曲线趋势相同;研究结果表明,基片表面材料去除非均匀性是由磨粒在基片表面上的运动轨迹分布密度非均匀性造成的,充分说明了基片表面材料去除的机械作用主要是磨粒的机械作用.     

核主泵用流体静压密封环圆锥面高精度磨削实现策略

针对核主泵用流体静压密封环圆锥面高精度磨削难题,建立了由杯形砂轮端面切人式磨削的数学模型,提出将磨削面形误差分解为倾角误差和锥度误差并以此求解俯仰角和侧偏角取值范围的实现策略.以1个氦光带作为面形误差的评价指标时,发现俯仰角和侧偏角可在较大范围内取值,先粗略设定俯仰角和侧偏角中的任意一个,再精确调整另一倾角就能实现密封环圆锥面的高精度磨削,并且侧偏角比俯仰角对面形误差的影响更为敏感,先调整侧偏角再调整俯仰角有利于降低调整难度和提高调整精度.采用该磨削实现策略,选择两组不同的俯仰角和侧偏角加工密封环圆锥面,测量结果表明面形误差和表面粗糙度均在设计要求范围内.     

KDP晶体各向异性力学特性分析

利用压痕实验研究了KDP晶体在(001)晶面不同晶向上的硬度和断裂韧性力学特性,在此基础上利用划痕实验对(001)晶面不同晶向上的脆塑性转变点位置进行了研究.结果表明:在KDP晶体(001)晶面的[110]晶向上硬度值最小,断裂韧性值最大,最易产生塑性变形,最不易产生脆性断裂,在该方向上可以得到较大的临界切削深度,而在[100]晶向上硬度最大,最易产生脆性断裂,不易产生塑性变形,临界切削深度最小.此研究结果为磨削实验提供指导意义,即在(001)晶面上沿[110]晶向能加工出表面质量较好的KDP晶体.     

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.     

CdZnTe(211)面纳米力学特性分析

采用研磨-机械抛光-化学机械抛光工艺对CdZnTe(211)面进行加工,当表面粗糙度Ra达到0.94 nm时,采用纳米压痕仪对CdZnTe(211)面进行纳米力学性能测量,试验结果表明:弹性模量和硬度随着压力的增大而减小,存在明显的尺寸效应.当针尖离开晶体表面时,黏附现象特别明显.在不同晶向上,弹性模量和硬度存在显著的各向异性.     

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.     

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.     

反转法消除硅片重力附加变形适用性研究

建立了计算硅片重力附加变形的有限元模型,模型包含硅片残余应力的影响.通过有限元与实验方法研究了反转法对抛光与磨削加工硅片适用性.结果表明,反转法适用于抛光硅片,有限元与反转法所得重力附加变形差值小于1 μm;对#5000砂轮磨削的300 mm直径394 μm厚度硅片,硅片残余应力使反转前后重力附加变形不再相同,误差超过最大重力附加变形值的5;;对#2000砂轮磨削的200 mm直径194 μm厚度硅片,残余应力超过临界值,硅片变形发生分岔,硅片自由面形与重力附加变形不再符合叠加关系,反转法不再适用.