软脆铌酸锂晶体磨削的实验仿真研究

针对铌酸锂晶片在磨削加工时经常发生断裂的问题,对晶片断裂的原因进行了理论分析,并从晶体学的角度分析发现断裂与实验采用的晶片晶体结构有关。提出了基于多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics对铌酸锂晶片磨削加工仿真的方法,为模拟铌酸锂晶片磨削减薄过程,对比分析了7种不同厚度的铌酸锂晶片在磨削加工时的应力分布和变形情况,对有外加电载荷磨削加工情况也进行了耦合仿真。研究结果表明,未施加电场时铌酸锂晶片的变形量随着晶片减薄过程逐渐减小,当铌酸锂晶片减薄至80μm时,晶片的外围出现均匀分布的4个应力集中位置,容易导致晶片产生裂纹甚至破裂;铌酸锂晶片变形量因外加电载荷而减小,因此合理施加外电场能够有效减弱晶片的应力集中趋势。     

典型功能脆性材料磨削

为了研究典型功能脆性材料钽酸锂和硅片的磨削特性,建立了端面磨削模型来计算晶片的比磨削能及其表面的磨削力的分布,并通过实验分析脆性材料的磨削特性。以进给速度作为变量,选取砂轮端主轴磨削过程中功率增加率作为评价磨削特性的指标进行磨削实验,同时采集砂轮端主轴的功率值信号,滤波后计算晶片比磨削能和磨削力的分布。通过端面磨削模型计算可得:钽酸锂的比磨削能是147.46J/mm~3,比硅的大44%,表明磨削去除相同体积的钽酸锂需要更多的能量,钽酸锂晶片表面分布的磨削力比硅片大。磨削过程的主轴功率增加率是预测钽酸锂加工结果的重要指标,在本实验中一旦增加率大于临界值0.6W/s,钽酸锂表面就会产生裂纹。而在相同加工条件下,无论进给速度如何变化,硅片的磨削主轴的功率增加率始终保持稳定,而钽酸锂的主轴磨削过程的功率增加率则与进给速度呈现线性增加关系,这一现象与钽酸锂的机械性质无关,而与物理性质有关系。     

铌酸锂晶片CMP过程的工艺参数研究

在铌酸锂晶片的化学机械抛光过程中，许多参数会在根本上影响CMP的化学和机械作用，但是把某一参数简单地归类于化学参数或机械参数都是不恰当的，文中分析了这些参数以及如何控制这些参数来影响CMP过程。     

铌酸锂晶体的研磨亚表面损伤深度

针对光学材料研磨过程引入的亚表面损伤层(SSD)深度对工件的抛光工序效率和表面质量的影响,探索了光学材料在研磨过程中的亚表面损伤规律。采用角度抛光的方法测量了软脆材料铌酸锂(LN)晶体的损伤层深度,分析了研磨方式、磨粒粒径和研磨压力对工件亚表面损伤层的影响规律。结果表明:研磨方式对损伤缺陷的影响最为显著,相同研磨条件下游离磨料研磨后的损伤层深度约为固结磨料研磨的3~4倍,游离磨料研磨后工件亚表面存在多处圆弧形裂纹,固结磨料研磨后主要显现细小裂纹和"人"字型裂纹;当磨粒粒径从W28下降到W14后,游离研磨的亚表面损伤层深度下降至原来的45%,而固结研磨的损伤层深度下降至30%;另外,研磨压力的降低有利于减小工件的亚表面损伤。该研究对LN晶体研磨方式及研磨工艺的选择具有指导意义。     

基于高压针尖极化法的铌酸锂畴结构制备工艺研究

铌酸锂作为一种优良的人造非线性光学晶体,在光学频率变换、参量振荡和微纳结构制备等方面得到了研究人员的广泛关注。基于高压针尖极化法,在铌酸锂晶体表面制备了微畴结构,通过点畴和线畴结构制备试验,探究了铌酸锂畴结构制备的工艺条件。对于厚度为0.5mm、掺镁浓度为5%的z切铌酸锂晶体,在极化电压为2.7kV、占空比为25%、移动速度为15μm/s的条件下,制备出了均匀的线状畴结构。     

基于固结磨粒的单晶蓝宝石自旋转磨削加工方法

利用固结磨粒自旋转磨削加工方法，通过金刚石磨削和化学机械磨削实现了蓝宝石晶片的高效、高质量平坦化加工。采用不同磨粒粒径的金刚石砂轮实现了蓝宝石晶片较高的材料去除率或较好的表面质量。开发了高磨粒浓度Cr2O3砂轮，采用化学机械磨削对金刚石磨削后的蓝宝石晶片进行平坦化加工。实验结果表明，化学机械磨削能够去除金刚石磨削的表面和亚表面缺陷，最终获得表面粗糙度Ra＜1 nm、无/微损伤的蓝宝石晶片。通过理论分析单颗金刚石磨粒的磨削力，发现磨粒粒径是影响材料去除率和表面质量的主要影响因素。通过XPS分析证明了Cr2O3和蓝宝石之间的固相反应过程。     

闭环光纤陀螺中铌酸锂相位调制器的背向反射及其影响

铌酸锂相应调制器是锯齿波调制闭环光纤陀螺的关键器件。本文就铌酸锂相位调制器及其驱动电路不理想而产生的边带进行理论分析和仿真研究。重点讨论铌酸锂器件波导端面的匪涅耳反射对边带影响的特点，提出了抑制边带应采取的技术措施。这为闭环光纤陀螺的输出频差补偿和标度因数线性度的改善提供了理论依据。     

蓝宝石衬底双面研磨亚表面损伤分布研究

在前人对硬脆性材料亚表面损伤预测理论研究的基础上,建立了蓝宝石衬底双面研磨亚表面损伤层深度与表面划痕深度之间的理论模型(DNR)。通过对双面研磨后的衬底晶片进行KOH轻度化学腐蚀并结合VK-X100/X200形状测量激光显微系统,得到了晶片表面划痕随深度的分布情况,进而得出了晶片亚表面损伤层随深度的分布情况。研究表明：亚表面损伤层随深度变化的分布规律为随着深度的增大呈递减趋势,集中分布在距离外层碎裂及划痕破坏层下方0～12.9μm深度范围内,所占比例达96.7%左右。研究结果有利于优化双面研磨工艺参数来控制亚表面损伤层的深度。     

硅晶片抛光加工工艺的实验研究

双面抛光已成为硅晶片的主要后续加方法,但由于需要严格的加工条件,很难获得理想的超光滑表面.设计了硅片双面抛光加工工艺新路线,并在新研制的双面抛光机上对硅晶片进行抛光加工,实验研究了不同加工参数对桂晶片表面粗糙度和材料去除率的影响.采用扫描探针显微镜和激光数字波面干涉仪分别对加工后的硅晶片进行测量,实验结果表明:在优化实验条件下硅晶片可以获得表面粗糙度0.533nm的超光滑表面.     

硅晶片抛光加工工艺的试验研究

双面抛光已成为硅晶片的主要后续加工方法,但由于需要严格的加工条件,很难获得理想的超光滑表面.本文设计了新的硅片双面抛光加工工艺路线,并在新研制的双面抛光机上对硅晶片进行抛光加工,通过试验,研究了不同加工参数对硅晶片表面粗糙度和材料去除率的影响.采用扫描探针显微镜和激光数字波面干涉仪分别对加工后的硅晶片进行测量,试验结果表明:在优化试验条件下硅晶片可以获得表面粗糙度0.533 nm的超光滑表面.