本文關(guān)鍵詞：基于芬頓反應的單晶SiC集群磁流變化學復合拋光研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為第三代半導體材料的SiC因具有導熱能力強、介電常數(shù)小、抗輻射能力強以及良好的化學穩(wěn)定性等特點,在LED照明、宇航、汽車電子、計算機芯片等方面具有良好的應用前景。對于SiC晶片而言,要求其表面超光滑、無缺陷,但由于單晶SiC硬度高,化學穩(wěn)定性強,導致SiC晶片的高效超精密平坦化加工難度大、效率低、成本高。因此研究針對SiC晶片超精密拋光加工工藝,降低SiC晶片加工成本,實現(xiàn)SiC晶片原子級超光滑表面加工是SiC半導體器件應用急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。本文采用集群磁流變化學復合拋光(Chemical Cluster Magnetorheological Finishing, CMRF)方法進行單晶SiC的超光滑平坦化加工。由于集群磁流變?nèi)嵝話伖鈮|的“容沒”效應,磨粒對晶片表面的機械損傷大大降低,可以獲得較低的表面粗糙度；拋光液中羥基自由基(·OH)的氧化腐蝕作用,可以有效提高材料去除效率,使表面粗糙度快速下降。首先針對單晶SiC,研究了催化劑及化學反應條件對芬頓反應速率的影響。通過對單晶SiC的化學腐蝕、化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing, CMP),以及催化劑亞鐵離子(Fe2+)濃度檢測研究分析,比對了幾種固相催化劑及液相催化劑對芬頓反應的催化效果,結(jié)果表明含F(xiàn)e3O4和H202組分的腐蝕液對單晶SiC具有高效化學作用。研究了固相催化劑作用原理,發(fā)現(xiàn)拋光液中Fe2+離子濃度和穩(wěn)定性是決定芬頓反應速率和穩(wěn)定性的重要因素,而固相催化劑電離自由Fe2+能力的差異直接影響了化學拋光液中的Fe2+濃度。對影響芬頓反應速率的重要因素,如催化劑濃度、氧化劑濃度、拋光液pH值、拋光液溫度等進行了單因素實驗,分析了化學作用與機械去除的協(xié)調(diào)性。對單晶SiC的CMRF工藝進行了研究。圍繞影響拋光壓力的因素,以正交試驗的形式研究了磁性粒子濃度、催化劑Fe3O4濃度、磁性粒子粒徑、加工間隙等對單晶SiC復合拋光時材料去除率和表面粗糙度的影響。以單因素實驗研究了磨料種類、磨料粒徑、拋光液流量、加工時間對材料去除率對拋光效果的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)氧化鈰對SiC進行CMRF拋光時的材料去除率最高；50nm和W0.5的磨料對單晶SiC進行CMRF加工時的去除效率較低；加工表面粗糙度在加工時間60min內(nèi)下降較快,120min可以降到Ra0.16nm。將單晶SiC拋光劃分成了粗拋和精拋兩個階段,比較了CMP、集群磁流變拋光(Magnetorheological Finishing, MRF)、CMRF三種拋光在粗拋和精拋時的特點。粗拋時CMP的材料去除率遠高于MRF和CMRF,拋光后晶片表面各區(qū)域表面粗糙度也比MRF和CMRF組均勻。精拋時以W0.5金剛石磨料拋光120min, CMRF組和MRF組由于集群磁流變?nèi)嵝話伖鈮|作用表面質(zhì)量明顯好于CMP,其中CMRF組得到劃痕很淺甚至局部無劃痕的SiC超光滑表面,獲得了原子級表面粗糙度(Ra0.16nm),實現(xiàn)了單晶SiC材料表面的超光滑平坦化。
【關(guān)鍵詞】：單晶碳化硅 芬頓反應 集群磁流變 復合拋光 表面粗糙度
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.24
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 課題的來源和意義14-16
• 1.1.1 課題的來源14
• 1.1.2 課題研究的背景及意義14-16
• 1.2 單晶SiC的材料特性16-17
• 1.3 單晶SiC的超精密磨粒加工現(xiàn)狀綜述17-22
• 1.3.1 單晶SiC的超精密磨削研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3.2 單晶SiC的超精密研磨與拋光研究現(xiàn)狀19
• 1.3.3 單晶SiC的化學機械拋光研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.4 單晶SiC的磁流變拋光研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 本課題主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 集群磁流變化學復合拋光的原理及研究方法23-31
• 2.1 集群磁流變化學復合拋光原理23-26
• 2.1.1 集群磁流變拋光原理23
• 2.1.2 基于芬頓反應的化學機械拋光原理23-25
• 2.1.3 基于芬頓反應的集群磁流變化學復合拋光原理25-26
• 2.2 實驗加工設備26-27
• 2.2.1 化學機械拋光機床26
• 2.2.2 集群磁流變化學復合拋光裝置26-27
• 2.3 檢測方法及設備27-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 芬頓反應催化劑及化學反應條件研究31-50
• 3.1 引言31-32
• 3.2 不同固相催化劑對芬頓反應的催化效果比較32-41
• 3.2.1 浸泡腐蝕效果比較32-34
• 3.2.2 樣片表面滴定腐蝕實驗34-35
• 3.2.3 化學機械拋光效果比較35-37
• 3.2.4 亞鐵離子濃度比較37-38
• 3.2.5 芬頓反應固相催化劑作用分析38-41
• 3.3 固相與液相催化劑比較41-43
• 3.4 芬頓反應化學反應條件研究43-48
• 3.4.1 催化劑、氧化劑濃度單因素實驗44-46
• 3.4.2 pH值單因素實驗46-48
• 3.4.3 拋光液溫度單因素實驗48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 集群磁流變化學復合拋光工藝研究50-72
• 4.1 引言50
• 4.2 集群磁流變化學復合拋光影響因素分析50-53
• 4.3 拋光壓力影響因素正交實驗53-57
• 4.3.1 實驗設計與實驗條件53
• 4.3.2 實驗結(jié)果極差分析53-55
• 4.3.3 各因素對材料去除率的影響55-56
• 4.3.4 各因素對表面粗糙度的影響56-57
• 4.4 單因素實驗57-67
• 4.4.1 磨料種類單因素實驗57-60
• 4.4.2 磨料粒徑單因素實驗60-63
• 4.4.3 拋光液流量單因素實驗63-64
• 4.4.4 加工時間單因素實驗64-67
• 4.5 CMRF過腐蝕現(xiàn)象的解決67-70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 第五章 CMP、MRF、CMRF拋光效果比較與分析72-82
• 5.1 引言72
• 5.2 CMP、MRF、CMRF粗拋比較72-76
• 5.3 CMP、MRF、CMRF精拋比較76-80
• 5.4 本章小結(jié)80-82
• 總結(jié)與展望82-84
• 參考文獻84-89
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文89-91
• 致謝91

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  本文關(guān)鍵詞：基于芬頓反應的單晶SiC集群磁流變化學復合拋光研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：412903