【摘要】：隨著國家汽車工業(yè)、電子信息、航空航天和軍事等領域的不斷發(fā)展,碳化硅材料由其優(yōu)異性能得到廣泛的應用。然而,碳化硅材料硬度高,脆性大,具有難加工的特性�；瘜W機械拋光(CMP)針對硬脆性材料可以提高材料去除率,縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,同時基于“軟磨硬”原理,使得拋光后工件具有較好的表面質(zhì)量。因此,CMP獲得各國研究學者的廣泛關注�；瘜W機械拋光技術包括化學作用和機械作用。因此,拋光過程中不僅需要考慮化學作用和機械作用單獨作用效果,還要研究化學機械的協(xié)同作用效果。本文分別研究化學作用、機械作用及化學機械協(xié)同作用對碳化硅材料去除率的影響。本文主要研究工作如下:(1)研究化學改性機理。改性為利用化學試劑與工件表面層材料發(fā)生反應,來改變工件表面層機械性能。其中,改性層厚度和硬度會影響機械去除時磨粒去除深度,進而影響CMP的材料去除率。因此,為分析化學作用對改性層厚度的影響,基于表面擴散原理和氧化模型建立化學改性速率模型,獲得改性速率先線性后拋物線變化規(guī)律。并進行過氧化氫改性碳化硅實驗,研究分別改變時間、濃度和溫度等參數(shù)時的改性層厚度。基于薄膜力學原理,對改性層進行納米壓痕實驗,獲得改性層硬度隨壓頭壓入深度變化曲線,與后期機械作用的磨粒壓入工件深度建立聯(lián)系,從而分析改性過程對材料去除率的影響。(2)研究機械作用去除機理。機械去除過程中,拋光墊和磨粒性質(zhì)均會對工件材料去除產(chǎn)生影響。對拋光墊表面進行特征高度建模,對磨粒進行受力分析,研究拋光墊性質(zhì)、磨粒粒徑和法向壓力對單顆磨粒壓入工件深度的影響。建立上下拋光盤的相對速度模型,研究單顆磨粒去除體積模型。計算拋光去除過程中的瞬時有效磨粒數(shù),將單顆磨粒去除深度按瞬時有效磨粒數(shù)進行累加,獲得多顆磨粒材料去除深度,對其進行積分可得材料去除率。此模型不只預測壓力和速度等工藝參數(shù)對材料去除的影響,還真實的反應了拋光過程中拋光墊表面廓形、拋光墊承載磨粒能力、磨粒粒徑、磨粒體積比濃度以及工件表面硬度對材料去除的影響。通過改變拋光過程的壓力和速度,對碳化硅材料進行去除實驗,獲得壓力和轉(zhuǎn)速對材料去除的影響,從而驗證模型準確性。(3)材料去除仿真研究。單顆磨粒去除為材料去除的基礎,本文采用ABAQUS軟件對單顆磨粒作用的材料去除過程進行仿真。分別用殘余應力、等效塑性應變(PEEQ)和剖面高度來描述拋光后工件表面強度、材料去除量和拋光后工件表面質(zhì)量,獲得了壓力、轉(zhuǎn)速、磨粒粒徑和種類等因素對殘余應力,PEEQ和剖面高度的影響。進行NiP拋光實驗,獲得壓力、轉(zhuǎn)速和粒徑等參數(shù)對拋光后表面質(zhì)量的影響,從而驗證仿真的準確性。(4)化學機械協(xié)同作用實驗。在化學和機械作用基礎上,通過實驗研究化學機械協(xié)同作用影響效果。改性過程可有效降低工件表面硬度,使得磨粒壓入工件改性層的深度變大,導致材料去除率增加。研究改性層生成速率與單位時間內(nèi)磨粒去除厚度的關系,探索在化學作用下,拋光去除層材料為改性層或碳化硅基體。通過實驗研究磨粒性質(zhì)、拋光液中離子添加劑種類、濃度和拋光液的化學性質(zhì)等對材料去除率的影響。獲得在最佳拋光壓力和轉(zhuǎn)速下,化學機械協(xié)同作用的最優(yōu)拋光液組分。
【圖文】：

圖 1.1 碳化硅材料的應用領域但由于 SiC 材料硬度高，僅次于金剛石，傳統(tǒng)加工方式的拋光效率低，表面平整度差[10-12]。同時，SiC 具有很大脆性，拋光過程中極易產(chǎn)生裂紋，從而導致不規(guī)則脆性斷裂。因此需要對 SiC 材料進行表面處理，改變其表面性質(zhì)，降低表

圖 1.3 SiC 反射鏡圖片 圖 1.4 各種半導體材料性質(zhì)對比圖反應燒結碳化硅(RB-SiC)強度高，，硬度高，熱膨脹系數(shù)小，致密性高，且易進行輕量化，是太空望遠鏡基體平臺和鏡頭的主要研究材料。相同直徑的 RB-SiC(reaction bonded-SiC)工件比微晶玻璃質(zhì)量輕，比鋁的熱膨脹系數(shù)低，穩(wěn)定性
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ163.4

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王靜;邢夢林;邰超;趙同謙;陰永光;;不同光譜區(qū)間日光照射下水體成分的光致羥基自由基生成研究[J];環(huán)境化學;2015年12期

2 林廣川;郭丹;解國新;潘國順;;拋光液中離子濃度對化學機械拋光過程的影響[J];中國表面工程;2015年04期

3 賈英茜;牛新環(huán);王現(xiàn)彬;;鎢CMP中堿性拋光液組分間化學作用及其影響[J];微納電子技術;2015年05期

4 鐘靜;魏昕;謝小柱;楊向東;;CMP過程中拋光墊表面溝槽對液膜厚度影響研究[J];制造技術與機床;2015年05期

5 王彤彤;;提高反應燒結碳化硅反射鏡光學性能的研究[J];激光與光電子學進展;2014年09期

6 葉常青;吳振偉;王小偉;管法東;;碳化硅陶瓷材料的制備工藝和應用研究進展[J];信息記錄材料;2014年04期

7 齊光;許艷軍;劉炳強;;空間相機反射鏡SiC/Al支撐板輕量化結構優(yōu)化設計[J];紅外與激光工程;2014年07期

8 彭進;夏琳;鄒文俊;;化學機械拋光液的發(fā)展現(xiàn)狀與研究方向[J];表面技術;2012年04期

9 閆勇;金光;;RB-SiC反射鏡的材料制備、表面改性及非球面加工[J];光學精密工程;2011年08期

10 耿連福;高順喜;李美巖;;難加工材料的切削加工性研究與實踐[J];煤礦機械;2009年07期

相關博士學位論文 前2條

1 樊成;光學曲面確定性拋光的面型精度控制研究[D];吉林大學;2014年

2 沈新民;燒結碳化硅光學零件的氧化輔助拋光機理研究[D];國防科學技術大學;2014年

相關碩士學位論文 前4條

1 林廣川;化學機械拋光中顆粒運動與材料去除的實驗研究[D];清華大學;2015年

2 馬磊;碳化硅光學材料芬頓輔助拋光機理與工藝研究[D];國防科學技術大學;2012年

3 鄭磊;SIC晶體生長系統(tǒng)關鍵技術研究[D];西安理工大學;2010年

4 熊偉;化學機械拋光中拋光墊的作用研究[D];廣東工業(yè)大學;2006年

本文編號：2686468