紫外光催化辅助SiC抛光过程中化学反应速率的影响

目的为了探究紫外光催化辅助抛光过程中,化学反应速率对SiC化学机械抛光的影响规律。方法通过无光照、光照抛光盘和光照抛光液3种光照方式,研究紫外光催化辅助作用对单晶SiC抛光过程中材料去除率的影响。测量不同条件下光催化反应过程中的氧化还原电位(ORP)值,来表征光催化反应速率,并进行了单晶SiC的紫外光催化辅助抛光实验,考察光催化反应速率对抛光效果的影响规律。结果实验表明,引入紫外光催化辅助作用后,材料去除率提高14%～20%,随着材料去除率的增加,光催化辅助作用对材料去除率的影响程度变小。光照射抛光液方式的材料去除率明显高于光照射抛光盘。不同条件下的抛光结果显示,化学反应速率越快,溶液的ORP值越高,材料去除率越大,表面粗糙度越低。在光照抛光液、H_2O_2体积分数4.5%、TiO_2质量浓度4 g/L、光照强度1500 mW/cm~2、pH=11的条件下,用W0.2的金刚石磨料对SiC抛光120 min后,能够获得表面粗糙度Ra=0.269 nm的光滑表面。结论在单晶SiC的紫外光催化辅助抛光过程中,光催化反应速率越快,溶液ORP值越高,抛光效率越高,表面质量越好。在H_2O_2浓度、TiO_2浓度、光照强度、pH等4个因素中,对抛光效果影响最大的是H_2O_2浓度,光照强度主要影响光催化反应达到稳定的时间。     

抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点,是最具代表性的第四代半导体材料之一,具有广阔地应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷,难以实现高质量表面加工,无法满足相应器件的使用要求,且现有的氧化镓晶体抛光工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有磨粒分布及切深可控、磨粒利用率高等优点。采用固结磨料抛光氧化镓晶体,探究抛光垫基体硬度、磨料浓度和抛光液添加剂对被抛光材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当抛光垫基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒浓度为100%、抛光液添加剂为草酸时,固结磨料抛光氧化镓晶体的材料去除率为68 nm/min,表面粗糙度S_a为3.17 nm。采用固结磨料抛光技术可以实现氧化镓晶体的高效高质量抛光。      

纳米磨料硬度对超光滑表面抛光粗糙度的影响

通过均相沉淀法制备了纳米CeO2和Al2O3粉体,研究了在相同抛光条件下纳米CeO2、Al2O3和SiO2磨料对硅片的抛光效果,用原子力显微镜观察了抛光表面的微观形貌并测量其表面粗糙度.结果表明:纳米CeO2磨料抛光后表面具有更低的表面粗糙度,在5 靘5 靘范围内表面粗糙度Ra值为0.240 nm,而且表面的微观起伏更趋向于平缓;考虑了纳米磨料在抛光条件下所发生的自身变形,其变形量相当于一部分抵消了纳米磨料嵌入基体材料的切削深度,而这个切削深度最终决定了抛光表面的粗糙度;分析指出这个变形量与纳米磨料的硬度成反比,硬度低的纳米磨料由于自身变形量大,导致切削深度小,抛光后表面的粗糙度值低.解释了在相同的抛光条件下不同硬度的纳米磨料具有不同的抛光表面粗糙度的原因.     

固结磨料抛光垫的凸起图案对其加工性能的影响

抛光垫是化学机械抛光中的重要组成部分,其磨损均匀性能是影响加工后工件平面度的重要因素。本文比较了具有优化凸起图案的固结磨料抛光垫、凸起均布的固结磨料抛光垫和聚氨酯抛光垫的研磨抛光性能,结果表明:利用优化凸起图案的固结磨料抛光垫加工,可以得到更加优异且稳定的表面质量,材料去除效率远高于聚氨脂抛光垫游离磨料的加工方式。     

单晶6H-SiC经氦离子辐照及退火后的微观组织研究

在400℃下对单晶6H-SiC进行了400keV氦离子辐照,辐照剂量为1×10~(16)He~+/cm~2,随后在1200和1500℃退火30min。采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜对辐照态和退火态SiC进行微观结构观察与分析。结果表明,单晶6H-SiC在400℃经氦离子辐照后,仅观察到由辐照引起的位移损伤带,而未观察到明显尺寸的氦气泡。但经1200℃退火30min后,在辐照损伤区域形成了呈血小板状的气泡簇,其主要分布在(0001)晶面上,少量形成在(1120)晶面。辐照未在6H-SiC表面上形成明显尺寸的缺陷,而经1200℃退火30min后,SiC表面出现大尺寸的起泡和凹坑,进一步提高退火温度至1500℃时,表面起泡和形成凹坑更严重,并产生了大量裂纹。本研究同时对微观结构演化的机理进行了分析与讨论。     

单晶SiC化学机械抛光基础研究——电芬顿反应条件优化及6H-SiC氧化效果分析

目的揭示电芬顿参数对生成羟基自由基(·OH)最大浓度和·OH总量的影响规律,实现电芬顿反应对单晶6H-SiC氧化腐蚀的最大化。方法通过6因素5水平正交试验,分析电压大小、电极种类、氧化剂过氧化氢(H2O2)浓度、催化剂种类、催化剂浓度以及反应液pH等参数对电芬顿反应生成·OH最大浓度和·OH总量的影响规律,找出最佳试验组合和主要影响因素,并利用最佳试验组合与同等条件下的芬顿反应对单晶6H-SiC进行氧化腐蚀对比分析。结果影响电芬顿反应生成·OH最大浓度和·OH总量的主次顺序为:催化剂种类>电压大小>H2O2浓度>催化剂浓度>pH>电极种类。其中,催化剂种类、电压、氧化剂浓度影响显著,影响因子分别为45%、22%、12%和30%、19%、41%。与同等条件下的芬顿反应相比,电芬顿反应生成的·OH最大浓度、·OH总量分别提高了61.34%和68.62%,在6H-SiC表面能形成更多SiO2氧化层。结论电芬顿反应通过控制电参数,能够加速Fe^3+向Fe^2+转化并原位生成部分H2O2,补充反应过程中H2O2的消耗,提高·OH生成总量,加速·OH对单晶SiC基片的氧化腐蚀作用。     

铜粉含量对亲水性固结磨料抛光垫加工性能的影响研究

通过向亲水性固结磨料抛光垫中添加铜粉,改善抛光垫的抛光性能,研究铜粉添加量对抛光垫的理化特性及加工K9光学玻璃的材料去除率和工件表面质量的影响。结果表明:随着铜粉添加比例的增加,抛光垫的硬度增加,其材料去除速率呈现先增大后减小的趋势,当铜粉质量分数为5%时,抛光垫的材料去除速率达到最大值58.18 nm/min。同时加工后K9玻璃表面粗糙度也对应地呈现出先增大后减小的趋势,粗糙度Sa最大值为9.28 nm,最小值为2.53 nm。     

磨粒尺寸和基体硬度对固结磨料抛光YAG晶体的影响

钇铝石榴石(YAG)是一种应用广泛的硬脆难加工材料,其抛光过程工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有平坦化能力优、对工件形貌选择性高、磨料利用率高等优点。试验采用固结磨料抛光YAG晶体,研究固结磨料垫的基体硬度和金刚石磨粒尺寸对YAG晶体的材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒尺寸3～5 μm时,固结磨料抛光YAG晶体效果最优,其材料去除率为255 nm/min,表面粗糙度S_a值为1.79 nm。      

偏置量对固结磨料小工具头抛光面形收敛效率的影响

目的 解决自由曲面磨抛面形收敛困难的问题,提高抛光小工具头的抛光效率.方法 提出一种偏置式固结磨料小工具头,基于固结磨料小工具头的结构特征参数,建立抛光小工具头的去除函数理论模型,并进行仿真分析,应用定点抛光法建立抛光小工具头去除函数实验模型,并验证抛光小工具头理论去除函数合理性,基于CCOS技术原理建立工件表面定量去除模型,通过虚拟加工实验探索偏置量对固结磨料小工具头抛光钛合金后的面形收敛效率的影响.结果 归一化理论去除函数曲线与实验曲线吻合度较高,定点抛光去除函数仿真模型能够很好地预测定点抛光斑的去除轮廓形状.抛光小工具头抛光钛合金的面形误差随偏置量增加,呈现先减小、后增大的趋势,无偏置的抛光小工具头抛光后,面形数据均方根(RMS)收敛效率为54.56％,波峰值与谷峰值之差(PV)的收敛效率为60.21％,当抛光小工具头偏置量为1.5 mm时,抛光后的RMS收敛效率达到最高,为73.83％,PV收敛效率为69.68％.结论 固结磨料小工具头去除函数理论模型可指导确定性材料去除,偏置量为1.5 mm时的抛光小工具头具有最强的修正误差能力,可以显著提高固结磨料小工具头抛光工艺的面形收敛效率.     

真空热处理对DD6单晶合金表面氧化的影响

采用扫描电子显微镜（SEM）自带的INCA250能谱仪对DD6单晶合金真空热处理过程中真空度、真空充气压力、加热温度、保温时间对其表面氧化作用的影响规律进行了研究。结果表明,在不同真空热处理工艺制度下,该合金表面Al、Cr元素含量与O元素含量的变化呈现出一定的相关性,形成的氧化物主要为Al2O3、Cr2O3。表面氧化行为主要受到加热温度、真空充气压力的影响,保温时间对其影响相对有限。该合金的最佳加热温度为1315 ℃,最佳真空充气压力为80 Pa。     

基于不同纳米划痕顺序的6H-SiC单晶片材料去除机理研究

通过微纳米力学测试系统对6H-SiC单晶片(0001)晶面进行不同间距和不同顺序的纳米刻划试验,并用摩擦力传感器、超景深显微系统和三维形貌仪对产生的划痕的划痕横截面轮廓曲线、划痕深度、摩擦力以及表面形貌进行分析,研究单晶片刻划过程中不同划痕间距和划痕顺序下的材料去除过程.结果表明:当静载荷为100 mN时,不同划痕间距...     

Effects of type and size of diamond abrasives on material removal rates in metallographic polishing

The material removal characteristics of a number of types (including monocrystalline and polycrystalline varieties) and sizes of diamond abrasives dispersed in a triethanolamine and stearic acid carrier paste have been investigated quantitatively. The basic investigation was carried out using specimens of annealed brass, but a widely representative range of other materials was also investigated. For all abrasives and almost all specimen materials, the maximum material removal rate was obtained with a 2–4-μm grade of abrasive, the removal rate decreasing rapidly with either increase or decrease in abrasive size from the optimum value. The decrease with the coarser grades seems to occur because it becomes increasingly difficult for the abrasive particles to attach themselves to active regions of the fibers of the polishing cloth as their diameter approaches, and then exceeds, that of the cloth fibers. The decrease with the finer grades seems to occur because the mechanism of material removal changes progressively from one of chip cutting (as in machining) to one of the detachment of plate-shaped particles (as in delamination wear). Higher material removal rates usually are obtained with polycrystalline than with monocrystalline diamonds when the hardness of the specimen material exceeds about 50 HV. The relative advantage of the polycrystalline diamond depends on the abrasive size and the specimen hardness; it can in a general way be ascribed to the presence of additional facets on the faces of the polycrystalline particles, thus increasing the probability of the presence of contacting faces that are suitably oriented for machining a chip.     

单晶SiC基片的磁流变化学复合抛光

基于芬顿反应的磁流变化学复合抛光加工原理,对单晶SiC基片进行磁流变化学复合抛光试验,研究工艺参数对其抛光效果的影响。结果表明：随着金刚石磨粒粒径的增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度先减小后增大;随着磨粒质量分数的增大,材料去除率增大,而表面粗糙度先减小后增大;当羰基铁粉质量分数增大时,材料去除率增大,而表面粗糙度呈先减小后增大的趋势;随着氧化剂质量分数增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;加工间隙对材料去除率的影响较大,加工间隙为1.0 mm时,加工表面质量较好;随着工件转速和抛光盘转速增大,材料去除率均先增大后减小,表面粗糙度均先减小后增大。获得的优化的工艺参数为：磨粒粒径,1.0μm;磨粒质量分数,5%;羰基铁粉质量分数,25%;过氧化氢质量分数,5%;加工间隙,1.0 mm;工件转速,500 r/min;抛光盘转速,20 r/min。采用优化的工艺参数对表面粗糙度约为40.00 nm的单晶SiC进行加工,获得表面粗糙度为0.10 nm以下的光滑表面。     

合金状态对单晶高温合金DD6再结晶的影响

对单晶高温合金DD6进行表面吹砂处理,然后在1100～1250℃加热4h,研究其铸态与标准热处理状态的表面再结晶行为。结果表明:当加热温度为1200℃时,铸态合金出现等轴再结晶晶粒;而加热温度为1150℃时,热处理态合金出现等轴再结晶晶粒,铸态与热处理态合金的再结晶是由胞状再结晶晶粒和等轴再结晶晶粒组成的;随着加热温度的升高,等轴再结晶晶粒逐渐长大,胞状再结晶晶粒逐渐减少,胞状再结晶内部粗大的γ′相由长条状向颗粒状转变。由于铸态合金含有一定数量的粗大γ′相以及γ+γ′共晶组织,在相同的条件下,铸态合金的再结晶倾向小于热处理态合金的。     

抛光液中磨料和化学成分对单晶MgO基片化学机械抛光的影响

采用扫描电子显微镜和高分辨粒径分析仪对不同抛光液中磨料形貌、平均粒径大小和粒径分布范围进行观测分析,研究了SiO2磨料特性及各种无机酸对单晶MgO基片抛光材料去除率和表面粗糙度的影响.试验结果表明,使用粒径分布较窄的球形磨料和磷酸反应剂配制成抛光液,可以得到较高的材料去除率和较低的基片表面粗糙度.通过对抛光参数的进一步优化,采用抛光压力42 kPa,抛光转数100 r/min和抛光液流量30 mL/min,对单晶MgO基片进行化学机械抛光加工,单晶MgO基片抛光材料去除率可达到400 nm/min,抛光后的基片表面粗糙度Ra降低至0.4 nm.该抛光工艺已具有一定的实用价值.     

单晶SiC基片的化学机械抛光技术研究进展

单晶SiC因其优异的物理化学性质而成为重要的外延衬底材料,广泛应用于卫星通信、集成电路和消费电子等领域。衬底外延生长需要单晶SiC具有较低的加工表面损伤和残余应力的超光滑平坦表面,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响器件的性能。化学机械抛光(CMP)是目前实现单晶SiC基片超精密加工的一种常用且有效方法。我们综述了单晶SiC基片化学机械抛光加工的研究现状,根据加工原理进行归类并分析了各种类别的优缺点及运用局限,指出了其在化学机械抛光领域的发展前景。      

基于有限元法的硅片冰冻固结磨料抛光温度场分析

本文分析了低温固结磨料抛光硅片的传热模型,并借助有限元软件ANSYS对热传导过程进行了仿真,获得了冰冻磨具在不同抛光时刻的温度场等温图及工作区域的融化厚度值。并且在相同工艺参数下,进行抛光实验,验证了有限元数值分析结果。分析仿真结果表明:环境温度为20℃情况下,磨削热并非是导致冰冻磨具融化的主要原因,周围空气对流换热对温度场的影响较大,磨具温升速度为先快后慢,抛光区域的融化速度比较稳定。采用此有限元模型,可以分析抛光时间、环境温度等参数对温度场的影响,为低温固结磨料抛光硅片的温度场研究提供理论指导。     

超声振动辅助研磨单晶碳化硅晶片工艺研究

针对传统研磨方法加工单晶碳化硅晶片存在的材料去除率低、磨料易团聚等问题,本文提出超声振动辅助研磨方法,并探究不同工艺参数（转速、磨料质量分数、抛光压力、磨料粒径）对单晶碳化硅晶片研磨效率和表面质量的影响规律。试验结果和理论分析表明：超声振动有效提高了单晶碳化硅晶片研磨的材料去除率;在研磨盘转速为50 r/min,磨料质量分数为2.5%,压力为0.015 MPa,磨料粒径为0.5μm时超声振动对材料去除率的提升效果最明显,分别提升23.4%,33.8%,72.3%,184.2%。同时,通过对研磨过程中表面粗糙度的追踪检测,能确定不同粒径磨料超声振动辅助研磨的最佳时间。     

草莓状PS/SiO 2复合磨料的可控合成及其抛光性能

以经过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)进行表面修饰的聚苯乙烯(PS)微球为内核,在碱性条件下采用溶胶?凝胶法在PS微球直接包覆SiO 2,制备有机/无机PS/SiO 2复合微球,通过控制反应体系中正硅酸乙酯(TOES)的浓度来控制复合微球中氧化硅的质量分数,并借助原子力显微镜(AFM)考察了PS/SiO 2复合磨料对硅热氧化片的抛光特性,初步分析有机/无机复合磨料的非刚性力学特性对抛光质量的影响。透射电镜(TEM)结果显示：复合微球具有草莓状核壳包覆结构,其氧化硅壳层是由SiO 2纳米颗粒所组成;热失重分析(TGA)表明：样品中氧化硅含量为12%~69%(质量分数)。AFM测试结果表明：复合磨料中氧化硅的含量对抛光后晶片的微观形貌、粗糙度及表面轮廓具有明显的影响。     

Hybrid polishing mechanism of single crystal SiC using mixed abrasive slurry (MAS)

Single crystal SiC is a mechanically hard and chemically inert material used in optical and power devices. This work proposes the development of a hybrid polishing technique using a mixed abrasive slurry (MAS) with colloidal silica and nano-diamond. Hybrid removal mechanism of the MAS on the SiC is investigated by polishing results, chemical analyses and AFM studies. Each role of two abrasives is distinguished by scratching tests with AFM contact mode on the chemically reacted SiC surface. Finally, this paper provides an optimum MAS condition to realize highly efficient material removal rate (MRR) keeping defect-free surface.