蓝宝石衬底退火中“亮点”缺陷的形成机理

针对蓝宝石衬底退火过程中所产生的“亮点”缺陷,采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对“亮点”区域的表面形貌及元素含量进行观察与检测,并根据对蓝宝石化学性质的理论分析,揭示出了蓝宝石衬底退火过程中表面“亮点”缺陷的形成机理,即“亮点”缺陷的形成主要是由于清洗过程中在蓝宝石衬底表面有碱性物质的残留,在退火过程中碱性物质在高温条件下与蓝宝石发生反应,生成了偏铝酸盐,熔融的偏铝酸盐填充蓝宝石衬底表面的微裂纹缝隙,形成所谓的“亮点”缺陷。通过揭示“亮点”缺陷的形成机理,可以减少甚至避免退火过程中蓝宝石衬底表面“亮点”缺陷的形成,提高产品的良品率,降低生产成本。     

去除外延用掺Fe磷化铟晶片表面Si残留的清洗方法

使用常规的清洗工艺清洗后磷化铟衬底晶片在外延后会出现迁移率低的表现,对缺陷的外延晶片进行分析,发现衬底与外延层界面Si元素的含量较大。针对该问题提出了优化的清洗工艺,对常规的SC1清洗工艺进行浓度优化并使用两步清洗,以及在过程中增加柠檬酸溶液清洗来解决Si元素的残留。对优化工艺前后晶片的氧化层厚度、晶片表面颗粒残留、晶片表面粗糙度、晶片的XRD和PL谱图进行了对比分析,并对优化清洗工艺清洗的晶片表面和外延界面Si元素含量进行了测试,结果表明优化清洗工艺能明显提高晶片表面洁净度并降低晶片表面Si元素的残留,最终解决由于Si元素含量较高造成的外延迁移率低的问题。     

用偏振差分透射谱技术测量半导体晶体片应力分布

利用偏振差分透射谱测量了2英寸圆形GaAs晶片、自支撑GaN衬底和蓝宝石衬底等的双折射分布,通过弹光效应换算得到了晶片内部残余应力分布.测量得到的应力反映的是晶片各个点的[110]和[110]方向的应变差.实验测量得到的GaAs晶片和自支撑GaN 衬底的[110] 和[110]的应变差最大可以达到10-5数量级.蓝宝石衬底的可以达到10-6数量级.因此TDS可以对透明或者半透明晶片的应力分布实现快速、实时、无损、高灵敏度检测.     

不同粒径磨料对蓝宝石晶片及其抛光过程的影响EI北大核心CSCD

采用不同粒径的W28和W7碳化硼（B4C）磨料对蓝宝石晶片进行研磨和化学机械抛光。研究了不同粒径的B4C磨料对蓝宝石晶片研磨和化学机械抛光后的移除率、粗糙度、平坦度、弯曲度、翘曲度等参数的影响。结果表明：W28和W7的磨料有不同的研磨和抛光性能,在相同的加工条件下,使用W28的B4C磨料,移除速率较快,但研磨所得蓝宝石晶片的损伤层较深,单面抛光20μm不足以去除其损伤层,抛光后表面划痕较多,粗糙度较大（Ra=1.319 nm,Rt=2.584 nm）,表面有明显起伏;而W7磨料的移除速率慢,研磨时间长,在单面抛光移除20μm后其损伤层全部移除,抛光所得蓝宝石晶片平坦度略佳,抛光表面平整,粗糙度较小（Ra=0.194 nm,Rt=0.361 nm）,无明显起伏,表面质量相对较高,适于精修平坦度。     

不同粒径磨料对蓝宝石晶片及其抛光过程的影响

采用不同粒径的W28和W7碳化硼(B_4C)磨料对蓝宝石晶片进行研磨和化学机械抛光。研究了不同粒径的B_4C磨料对蓝宝石晶片研磨和化学机械抛光后的移除率、粗糙度、平坦度、弯曲度、翘曲度等参数的影响。结果表明:W28和W7的磨料有不同的研磨和抛光性能,在相同的加工条件下,使用W28的B_4C磨料,移除速率较快,但研磨所得蓝宝石晶片的损伤层较深,单面抛光20μm不足以去除其损伤层,抛光后表面划痕较多,粗糙度较大(R_a=1.319 nm,R_t=2.584 nm),表面有明显起伏;而W7磨料的移除速率慢,研磨时间长,在单面抛光移除20μm后其损伤层全部移除,抛光所得蓝宝石晶片平坦度略佳,抛光表面平整,粗糙度较小(R_a=0.194 nm,R_t=0.361 nm),无明显起伏,表面质量相对较高,适于精修平坦度。     

退火对聚乙烯管耐慢速开裂性能的研究

系统地研究了退火工艺对聚乙烯(PE)管的结构和耐慢速应力开裂性能的影响。结果表明,常规PE管挤出过程中管道冷却速率不同导致管内外壁晶体完善程度不同,分布不均。通过退火处理,可有效消除管道加工过程中快速冷却造成的缺陷,促进PE晶片厚度增加,完善系带分子链。相比于未退火处理的PE管,经过3 h退火处理的PE管耐慢速应力开裂性能提高了40%。但过长的退火时间会导致系带分子由晶区拔出并重结晶,降低其在非晶区密度,使耐慢速应力开裂性能降低。     

6H-SiC单晶片划痕形貌与残余应力研究

为了研究6H-SiC单晶片在(0001)晶面C面划擦过程中材料的损伤机理,首先通过微纳米划痕系统划擦单晶片,得到不同载荷作用下沿不同晶向的划痕,再通过摩擦力传感器、显微镜以及激光Raman光谱检测不同晶向划痕的摩擦系数、表面形貌以及残余应力。结果表明:6H-Si C单晶片沿不同晶向划擦后的摩擦系数基本稳定在0.185～0.240;单晶片在不同载荷作用下的划擦过程中沿[1210]晶向出现了不同程度的损伤,随着载荷的增加单晶片从塑性去除逐渐转变为脆性去除,划痕中心的凹陷与两侧堆积现象逐渐加剧;当划痕加载力小于10.7 N时,材料处于塑性去除模式,残余应力主要呈现残余压应力,局部有较小的残余拉应力;当划痕加载力大于10.7N时,材料从塑性去除向脆性去除转变,在14.8N时转变为脆性去除模式,划痕底部残余拉应力逐渐增大,以残余拉应力为主,但在划痕两侧堆积处呈现较大残余压应力。该研究可为6H-SiC单晶片精密超精密研磨加工损伤机理的研究提供理论支持。     

氮化硅轴承球表面层残余应力的形成机理及试验研究

本文论述了烧结热应力及研磨加工对氮化硅轴承球表面残余应力的影响机理.通过比容积测定,对氮化硅轴承球表面残余应力分布进行了分析计算,并就研磨加工对氮化硅轴承球表面残余应力的影响进行了试验研究.     

退火对机加工ZTM／SiCp陶瓷力学性能的影响

本文对电熔莫来石为基体制备的热压ZTM/SiCp陶瓷加工后进行退火处理,对其常温力学性能及表面形态的变化进行了研究,证明了经过退火处理后的机加工试样,表面有玻璃相析出,同时常温断裂强度有一定程度上升。认为退火处理对机加工ZTM/SiCp陶瓷产生两种作用:1.表面机加工裂纹的愈合或钝化;2.机加工表面残余应力的消除。     

蓝宝石晶片加工表面质量检测方法综述

蓝宝石(α-Al2O3)晶体因其具有硬度高、熔点高等优良特性而在国防、航空航天、工业以及生活领域都得到广泛应用,蓝宝石晶片加工质量对其应用有着重要的影响.文章总结了蓝宝石晶片加工表面损伤常用的检测方法,并比较分析了这些检测方法的优缺点,提出了适用于加工需要的蓝宝石晶片表面损伤快速检测方案.     

蓝宝石衬底表面SiO2薄膜的应力分析

采用射频磁控反应溅射法分别在Si和蓝宝石衬底上沉积SiO2薄膜.通过改变沉积薄膜的工艺参数,考察反应气体流量比、沉积温度、射频功率等因素对SiO2薄膜内应力的影响.采用压痕裂纹法分析了镀膜前后蓝宝石的表面应力.结果表明:制备SiO2薄膜时,工艺参数影响SiO2薄膜的成分,当O2/Ar流量比值为1.25,衬底温度为300℃,射频功率为100 W时,可以制备出化学计量比的SiO2薄膜,此时薄膜中的内应力较小;制备的SiO2薄膜呈压应力状态,镀SiO2薄膜可以改变蓝宝石的表面应力,蓝宝石的表面应力已由原来的拉应力变为压应力.     

绝缘衬底上化学气相沉积法生长石墨烯材料

利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si_3N_4覆盖层可以有效抑制3CSiC缓冲层的形成;低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。5.08cm蓝宝石衬底上石墨烯材料,室温下非接触Hall测试迁移超过1000cm2·V~(-1)·s~(-1),方块电阻不均匀性为2.6%。相对于Si衬底和蓝宝石衬底,SiC衬底上生长石墨烯材料的表面形态学更好,缺陷更低,晶体质量和电学特性更好,迁移率最高为4900cm2·V~(-1)·s~(-1)。     

籽晶处理工艺对物理气相传输法生长SiC单晶的影响

将块体SiC单晶中切割下的晶片经研磨、抛光和腐蚀不同工艺处理后作为籽晶,用物理气相传输法生长SiC晶体,生长时间为10min。用光学显微镜观察晶片生长前后的形貌,讨论了不同处理工艺籽晶对晶体生长的影响。结果表明,研磨和抛光可以去除晶体切割时产生的凹坑和划痕,但残留的研磨变质层和抛光导致的机械损伤层可诱导晶片在高温晶体生长时产生多晶成核,腐蚀可以去除研磨和抛光时产生的机械损伤层,用腐蚀后的晶片作为籽晶,生长的晶体表面光滑,并且能够很好地复制籽晶的结构。     

绝缘衬底上化学气相沉积法生长石墨烯材料

利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si₃N₄覆盖层可以有效抑制3C-SiC缓冲层的形成;低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。5.08 cm蓝宝石衬底上石墨烯材料,室温下非接触Hall测试迁移超过1000 cm²·V^-1·s^-1,方块电阻不均匀性为2.6%。相对于Si衬底和蓝宝石衬底,SiC衬底上生长石墨烯材料的表面形态学更好,缺陷更低,晶体质量和电学特性更好,迁移率最高为4900 cm²·V^-1·s^-1。     

电解-磁力复合研磨镍基高温合金实验研究

为了改善镍基高温合金GH4169制造零部件的表面质量,降低其表面粗糙度,提出了一种高效率的电解-磁力复合研磨光整加工方法。设计了电解-磁力复合研磨光整加工的试验装置,与单纯磁力加工对比,对不同加工工艺下所得合金表面的表面粗糙度、表面成分、表面残余应力进行分析。结果表明,在同等条件下,复合研磨使表面粗糙度由Ra 6.3μm降至Ra 0.8μm,完善了表面质量且加工效率提高56%;加工后表面成分无太大变化;使表面残余应力由+215 MPa转变为-186 MPa,从而获得更好的表面应力状态。     

超声磁力复合研磨对TA18管内表面光整加工

采用超声波振动辅助磁力研磨的加工技术对TA18钛合金管内表面进行光整加工,研究了振动频率和振幅对加工质量的影响。结果表明:当在振幅10 mm下采用19 kHz的振动频率对TA18管内表面研磨50 min时,研磨效果最好,加工效率得到了提高,表面粗糙度从原始的1.20μm降至研磨后的0.07μm。钛合金表面的应力状态由原始的残余拉应力+169 MPa变为压应力-80 MPa,有效提高了工件的疲劳强度。     

6寸蓝宝石衬底清洁优化工艺的研究

本文研究6寸蓝宝石衬底表面清洁度的优化工艺,探讨清洗工艺对其影响清洁度的主要因素以及测试毛刷材质对清洗的影响,引用了双流体喷雾与物理及化学相结合的清洗方式,使表面残留颗粒数降低至约21颗。本研究揭露了相关清洗方法与参数,可提供批量生产时的参考。     

脉冲激光沉积法制备ZrW_2O_8薄膜(英文)

采用纯ZrW2O8陶瓷靶材,以脉冲激光沉积法在石英基片上沉积并退火处理后制备了ZrW2O8薄膜.利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱 仪和扫描电子显微镜观察和确定r薄膜结构、化学组分和表面形貌,用划痕仪、表面粗糙轮廓仪测量了薄膜与基片之间的结合力和薄膜厚度.结果表明:脉冲激光沉积的薄膜为非晶态,膜层物质各元素之间的化学计量比与靶材成分一致;衬底未加热沉积的薄膜表而粗糙度较大,衬底温度为650℃ 时,薄膜表面平滑致密,粗糙度明显降低:非晶膜在1200℃密闭退火热处理3 min后淬火得到立方相ZrW2O8薄膜,退火后的薄膜品粒较大,同时 还出现一些沿晶界和晶内的裂纹缺陷.随着退火温度升高,薄膜与基片的结合力降低.     

蓝宝石表面形貌的功率谱与分形特征分析

运用二维功率谱和分形理论的关联维数分析了蓝宝石晶片的表面形貌特征。介绍了利用二维快速傅立叶变换计算二维功率谱在蓝宝石表面形貌中的应用方法;通过时间延迟技术重构相空间,利用GP算法计算了蓝宝石表面形貌的关联维数。分别利用二维功率谱和关联维数对蓝宝石的原始表面、加工后表面和单个取样长度的形貌特征进行了实验分析。结果表明:二维功率谱和关联维数能够表征蓝宝石表面形貌,且克服了传统的表征参数只包含有垂直方向上的信息而不能准确表征整个蓝宝石晶片表面形貌特征的缺点,它比传统的表面形貌表征方法具有准确、便捷和信息量大等优势。     

ZTM陶瓷表面机加工损伤的初步研究

本文对热压烧结ＺＴＭ／ＳｉＣｐ陶瓷的表面机加工损伤及其对材料强度的影响进行了研究，发现机加工在陶瓷表面引入两类损伤，即机加工裂纹及机加工表面残余应力。材料在机加工后强度下降较大，而机加工后的退火处理则可以使强度有所提高。