蓝宝石衬底的化学机械抛光技术的研究

介绍了蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺,概述了化学机械抛光原理和设备,讨论分析了影响蓝宝石衬底化学机械抛光的因素,阐述了CMP的主要发展趋势:能定量确定最佳CMP工艺,系统地研究CMP工艺过程参数,建立完善的CMP理论模型,满足不同的工艺要求和应用领域,有效降低成本,提高产量.     

固结磨料研磨蓝宝石衬底的工艺研究

为获得高材料去除率和优表面质量的蓝宝石衬底,采用固结磨料研磨蓝宝石衬底提高加工效率,研究研磨压强、工作台转速、三乙醇胺(TEA)浓度和研磨垫类型四个因素对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化获得高材料去除率和优表面质量的工艺参数.结果表明:有图案的研磨垫、研磨压强为100 kPa、工作台转速为120 r/min、三乙醇胺的浓度为5;为最优研磨工艺参数组合,固结磨料研磨蓝宝石的材料去除率为31.1 μm/min,表面粗糙度为0.309 μm.     

蓝宝石衬底材料的研究及应用进展

蓝宝石因为其生产技术成熟、稳定性好、性价比高而被广泛应用于光电领域,成为GaN基光电器件的主要衬底材料.传统的蓝宝石衬底生长GaN薄膜存在许多问题,如由晶格常数不同产生的晶格失配、热应力失配等,且GaN薄膜结晶质量较差、光线提取效率低.介绍了图形化蓝宝石衬底技术在制作GaN基LED器件中的应用,比较了几种图形化衬底对LED的发光性能的影响.在图形化蓝宝石衬底上采用PVD法生长AlN薄膜,可以降低GaN薄膜的螺旋位错和刃位错、提高MOCVD生长效率、显著提高设备利用率.另外,介绍了蓝宝石衬底在SOS领域的应用,列出了SOS工艺对蓝宝石衬底的具体要求.蓝宝石作为一种重要的衬底材料,未来的发展前景会更加广阔.     

湿法腐蚀制备蓝宝石图形衬底的研究

利用湿法腐蚀方法,制备出图形化蓝宝石衬底(PSS).在相同的腐蚀时间下,研究腐蚀液温度对腐蚀蓝宝石表面形貌和外延后GaN材料的影响.扫描电镜(SEM)测试结果表明:随着腐蚀液温度的增加,图形的深度增加.腐蚀后图形阵列排布整齐,所有图形都方向一致,这与蓝宝石本身晶体性质有关.腐蚀液温度对外延后GaN的影响也比较大,随着腐蚀液温度的增加,(002)半峰宽逐渐增加,光致发光谱(PL)发光强度逐渐增加.管芯结果表明,LED管芯的光强也逐渐增加.     

高效大功率LED用蓝宝石图形衬底的制备

首先在蓝宝石衬底上旋涂PMMA/copolymer双层胶,然后再进行电子束光刻处理,随后溅射铝膜,并结合剥离技术,从而制备图形化金属铝膜;最后再采用两步热处理法,使图形铝膜发生固相外延反应.在此过程中,侧重于电子束光刻和高温热处理的工艺优化研究.SEM测试结果表明,图形化铝膜在450℃低温氧化热处理24h后,其图形形貌没有发生明显改变;在温度低于1200℃的高温热处理1h后,图形仍然存在.HRXRD分析表明,图形化铝膜在450℃低温热处理24h后再在1000℃高温热处理1h,可在蓝宝石衬底上形成氧化铝外延薄膜;并且相比于基片,氧化铝外延薄膜的结晶质量还有所提高.本方法成功实现了高效大功率用LED蓝宝石图形衬底的制备.     

6H-SiC衬底片的表面处理

相比于蓝宝石,6H-SiC是制作GaN高功率器件更有前途的衬底.本文研究了表面处理如研磨、化学机械抛光对6H-SiC衬底表面特性的影响.用显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、卢瑟福背散射谱表征了衬底表面.结果表明经过两步化学机械抛光后提高了表面质量.经第二步化学机械抛光后的衬底具有优异的表面形貌、高透射率和极小的损伤层,其表面粗糙度RMS是0.12nm.在该衬底上用MOCVD方法长出了高质量的GaN外延膜.     

InAs单晶衬底的表面形貌和化学成分分析

利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)分别研究了InAs单晶抛光片的表面形貌和化学构成.结果表明:机械化学抛光工艺条件和清洗腐蚀过程对InAs单晶抛光片表面的化学组分构成和表面粗糙度有很大的影响.通常情况下,InAs单晶抛光片的表面氧化层中含有In2O3、As2O5、As2O3及元素As,而随着As的挥发,使抛光片表面化学计量比明显富铟.通过适当的化学处理控制其表面的化学组分,减小了表面粗糙度,从而获得材料外延生长所要求的开盒即用InAs单晶衬底.     

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.     

衬底的Al化处理对AlN性能的影响

研究了衬底的Al化处理对采用MOCVD法在c面蓝宝石衬底上高温生长AlN外延层的影响机制.通过原位监测监控整个外延生长过程,同时对AlN外延层的表面形貌和晶体质量以及应变状态进行表征研究.结果表明衬底的Al化处理导致AlN外延层的表面更加平整但是晶体质量下降,同时对外延层的应变也有很明显的影响.     

在蓝宝石衬底上外延生长ZnGa2O4纳米线及其表征

使用一种简单的化学气相沉积法成功地在c面蓝宝石衬底上外延生长了整齐排列的ZnGa2O4单晶纳米线.研究了在不同生长温度和生长压力下外延生长ZnGa2O4纳米线,并使用XRD,SEM和TEM对产物进行了表征.结果 表明,在生长条件为980℃和100 Torr时,可以外延生长出整齐排列的ZnGa2O4纳米线.所制备的ZnGa2O4纳米线直径为60 ～ 150 nm,并遵循Au催化的VLS生长机制沿其四个结晶学方向在蓝宝石上外延生长.分析了纳米线沿四个方向生长的原因,并对纳米线的光致发光性能进行了探讨.     

缓冲层厚度对MOCVD法生长GaN外延薄膜性能的影响

本文研究了低温GaN(LT-GaN)缓冲层表面形貌,其随厚度的变化规律及对随后生长GaN外延膜各项性能的影响.用场发射扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究LT-GaN缓冲层表面形貌,发现随着厚度的增加,其表面由疏松、粗糙变得致密、平整,六角GaN小晶粒的数量减少,且取向较为一致.用X光双晶衍射(XRD)、AFM和Hall测量研究1μm厚本征GaN外延薄膜的结晶质量、表面粗糙度、背底载流子浓度和迁移率等性能,发现随着LT-GaN缓冲层厚度的增加:XRD的半高宽FWHMs增大,表面粗糙度先减小后又略有增大,背底载流子浓度则随之减少,而迁移率的变化则不明显.通过分析进一步确认LT-GaN缓冲层的最优生长时间.     

离子注入技术在山东蓝宝石优化处理中的应用

本文报道了用离子(Be~(2+)和Ti~(4+))注入技术优化处理山东蓝宝石的工作.对处理前后样品一系列测试和实验的结果表明:(1)样品经过离子注入处理后,表面光泽明显增强,表面光洁度保持良好;(2)山东蓝宝石注入Be~(2+)后,颜色较处理前更深,说明Be~(2+)虽然不是致色离子,但可对蓝宝石颜色产生明显的影响;(3)注入Ti~(4+)后,山东蓝宝石的颜色变浅变艳了.进一步证明了山东蓝宝石的颜色深是由于Fe~(2+)浓度高,同时Ti~(4+)浓度相对太低所致,对今后山东蓝宝石乃至其它宝石的优化处理提供了新的思路和方法.     

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.     

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.     

温梯法白宝石晶体的表面形貌研究

本文采用导向温梯法(TGT)生长[0001]方向的白宝石晶体,利用气相传输平衡(VTE)技术对晶体表面进行处理,发现双面抛光的C面白宝石晶片高温下与富锂(Li2O蒸气)气氛发生反应,表面生成一层γ-LiAlO2,随着VTE反应温度从750℃下降到730℃,γ-LiAlO2晶核的颗粒也随着减小,在730℃时已在1μm以下,经稀盐酸(HCl)腐蚀后形成多孔的表面,此方法有望制备出用于外延GaN的多孔衬底.     

气体湍流对泡生法生长蓝宝石单晶温场的影响

本文采用专业晶体生长模拟软件CrysVUn对泡生法生长大尺寸蓝宝石单晶进行了计算机模拟.分析了气体压力对泡生法生长蓝宝石单晶的温场、气体速度场的影响.结果发现在气压P≥105Pa时,特别是在引晶初期,容易出现籽晶根部熔化,这在实验中得到了很好的验证,并提出了三种解决方案.     

蓝宝石晶片加工中的技术关键和对策

传统的粗磨工艺在加工蓝宝石薄片过程中遇到很大挑战,易于产生崩边、隐裂和碎片等问题.双面金刚石研磨、单面金刚石磨削、双面金刚石研磨垫等新工艺可以解决上述这些问题.在蓝宝石精磨工艺中,细粒碳化硼和金刚石颗粒镶嵌的陶瓷研磨盘配合的双面研磨工艺,可以有效地降低粗磨过程中造成的表面损伤;使用细粒金刚石研磨液的单面铜盘工艺亦是一种有效的精磨工艺.本文对二者的优缺点进行了比较.蓝宝石的抛光速率较慢,一般不超过5～ 10 μm/h.蓝宝石抛光的主流仍是使用二氧化硅抛光液.在二氧化硅抛光液中添加其它细粒磨料或采用氧化铝抛光液等其它方法,仍处于试验阶段.轻压抛光对提高蓝宝石的表面质量非常关键.兆声清洗工艺可以减少蓝宝石表面的微小缺陷,兆声单片清洗工艺尤为有效.     

飞秒脉冲激光对蓝宝石辐照作用的研究

本文采用脉冲宽度为120fs,波长为800nm的飞秒激光对蓝宝石样品进行辐照,经过激光辐照后材料呈暗黑色,在辐照区域的边缘发现有微裂纹,个别区域以至于微裂纹扩展成宏观裂纹.通过相关数学模型计算出激光聚焦后能量密度、蓝宝石在激光辐照瞬间的热影响范围(HAZ)及材料所达到的最高温度.发现经飞秒激光辐射引起样品的附加吸收与波长呈指数衰减关系.材料在经过飞秒激光辐射照后出现了大量的红外吸收峰,并对其产生原因进行了分析.