本文關(guān)鍵詞：基于芬頓反應(yīng)的單晶SiC集群磁流變化學(xué)復(fù)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(dǎo)體材料的SiC因具有導(dǎo)熱能力強(qiáng)、介電常數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn),在LED照明、宇航、汽車(chē)電子、計(jì)算機(jī)芯片等方面具有良好的應(yīng)用前景。對(duì)于SiC晶片而言,要求其表面超光滑、無(wú)缺陷,但由于單晶SiC硬度高,化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng),導(dǎo)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(duì)SiC晶片超精密拋光加工工藝,降低SiC晶片加工成本,實(shí)現(xiàn)SiC晶片原子級(jí)超光滑表面加工是SiC半導(dǎo)體器件應(yīng)用急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。本文采用集群磁流變化學(xué)復(fù)合拋光(Chemical Cluster Magnetorheological Finishing, CMRF)方法進(jìn)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(méi)”效應(yīng),磨粒對(duì)晶片表面的機(jī)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(duì)單晶SiC,研究了催化劑及化學(xué)反應(yīng)條件對(duì)芬頓反應(yīng)速率的影響。通過(guò)對(duì)單晶SiC的化學(xué)腐蝕、化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing, CMP),以及催化劑亞鐵離子(Fe2+)濃度檢測(cè)研究分析,比對(duì)了幾種固相催化劑及液相催化劑對(duì)芬頓反應(yīng)的催化效果,結(jié)果表明含F(xiàn)e3O4和H202組分的腐蝕液對(duì)單晶SiC具有高效化學(xué)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(yīng)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(xué)拋光液中的Fe2+濃度。對(duì)影響芬頓反應(yīng)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(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn),分析了化學(xué)作用與機(jī)械去除的協(xié)調(diào)性。對(duì)單晶SiC的CMRF工藝進(jìn)行了研究。圍繞影響拋光壓力的因素,以正交試驗(yàn)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(duì)單晶SiC復(fù)合拋光時(shí)材料去除率和表面粗糙度的影響。以單因素實(shí)驗(yàn)研究了磨料種類(lèi)、磨料粒徑、拋光液流量、加工時(shí)間對(duì)材料去除率對(duì)拋光效果的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)氧化鈰對(duì)SiC進(jìn)行CMRF拋光時(shí)的材料去除率最高；50nm和W0.5的磨料對(duì)單晶SiC進(jìn)行CMRF加工時(shí)的去除效率較低；加工表面粗糙度在加工時(shí)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(gè)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(shí)的特點(diǎn)。粗拋時(shí)CMP的材料去除率遠(yuǎn)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(shí)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(wú)劃痕的SiC超光滑表面,獲得了原子級(jí)表面粗糙度(Ra0.16nm),實(shí)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(yīng) 集群磁流變 復(fù)合拋光 表面粗糙度
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN304.24
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 課題的來(lái)源和意義14-16
• 1.1.1 課題的來(lái)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(xué)機(jī)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?jī)?nèi)容22-23
• 第二章 集群磁流變化學(xué)復(fù)合拋光的原理及研究方法23-31
• 2.1 集群磁流變化學(xué)復(fù)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(yīng)的化學(xué)機(jī)械拋光原理23-25
• 2.1.3 基于芬頓反應(yīng)的集群磁流變化學(xué)復(fù)合拋光原理25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)加工設(shè)備26-27
• 2.2.1 化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)床26
• 2.2.2 集群磁流變化學(xué)復(fù)合拋光裝置26-27
• 2.3 檢測(cè)方法及設(shè)備27-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 芬頓反應(yīng)催化劑及化學(xué)反應(yīng)條件研究31-50
• 3.1 引言31-32
• 3.2 不同固相催化劑對(duì)芬頓反應(yīng)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(shí)驗(yàn)34-35
• 3.2.3 化學(xué)機(jī)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(yīng)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(yīng)化學(xué)反應(yīng)條件研究43-48
• 3.4.1 催化劑、氧化劑濃度單因素實(shí)驗(yàn)44-46
• 3.4.2 pH值單因素實(shí)驗(yàn)46-48
• 3.4.3 拋光液溫度單因素實(shí)驗(yàn)48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 集群磁流變化學(xué)復(fù)合拋光工藝研究50-72
• 4.1 引言50
• 4.2 集群磁流變化學(xué)復(fù)合拋光影響因素分析50-53
• 4.3 拋光壓力影響因素正交實(shí)驗(yàn)53-57
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)條件53
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析53-55
• 4.3.3 各因素對(duì)材料去除率的影響55-56
• 4.3.4 各因素對(duì)表面粗糙度的影響56-57
• 4.4 單因素實(shí)驗(yàn)57-67
• 4.4.1 磨料種類(lèi)單因素實(shí)驗(yàn)57-60
• 4.4.2 磨料粒徑單因素實(shí)驗(yàn)60-63
• 4.4.3 拋光液流量單因素實(shí)驗(yàn)63-64
• 4.4.4 加工時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn)64-67
• 4.5 CMRF過(guò)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(xiàn)84-89
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文89-91
• 致謝91

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 徐楠楠;鐵系層狀雙金屬氫氧化物非均相類(lèi)芬頓反應(yīng)及其機(jī)理研究[D];上海大學(xué);2015年

2 李海如;磁性過(guò)渡金屬氧化物催化類(lèi)芬頓反應(yīng)降解有機(jī)染料[D];西北師范大學(xué);2015年

3 宋濤;基于芬頓反應(yīng)的單晶SiC化學(xué)腐蝕層納米力學(xué)特性研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

4 徐少平;基于芬頓反應(yīng)的單晶SiC集群磁流變化學(xué)復(fù)合拋光研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

5 王磊;基于芬頓反應(yīng)的單晶SiC化學(xué)機(jī)械拋光液研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2015年

6 王晶瑩;基于Fe-ZSM-5超聲—芬頓反應(yīng)的樣品前處理分析技術(shù)[D];上海交通大學(xué);2014年

7 趙立謙;似芬頓試劑處理TCE污染源區(qū)的方法研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2009年

8 王永川;硫酸化CeO_2類(lèi)芬頓反應(yīng)及銅配體絡(luò)合物處理水體環(huán)境污染物[D];華東理工大學(xué);2013年

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

本文編號(hào)：412903