本文關鍵詞：冰凍固結磨料拋光單晶鍺薄片的機理與工藝研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鍺是除硅以外最重要的半導體材料,不僅在半導體工業(yè),而且在高頻、紅外、航空航天、太陽能電池、化學催化劑、生物醫(yī)學等領域都有廣泛的應用。工業(yè)上,在納米級面型精度和表面粗糙度的要求下,對作為基底材料的單晶鍺片,還提出了表面和亞表面的無損傷,及厚度達到薄片的加工要求。而鍺屬于脆性材料,想獲得高質量表面的單晶鍺薄片難度很大。本文針對單晶鍺薄片超精密加工中的困難,提出一種基于淺低溫塑性去除的單晶鍺薄片冰凍固結磨料拋光創(chuàng)新工藝。對單晶鍺薄片脆塑轉變機理、冰凍固結磨料拋光盤的制備及其拋光機理與工藝開展深入研究,為該工藝的實用化開展積極探索。本文完成的主要工作如下:1.低溫條件下單晶鍺片的脆塑轉變機理采用維氏硬度計研究了單晶鍺片在-10℃和25℃下的硬度和裂紋長度,分析了溫度對單晶鍺薄片脆塑轉變機理的影響。在同等載荷下,溫度的降低,可使裂紋的長度變短。2.單晶鍺片塑性加工臨界切深利用劃痕儀,在25℃下對單晶鍺片進行了壓、劃痕實驗,分析了單晶鍺片的動態(tài)脆塑轉變過程,相應的臨界劃痕深度為302.4 nm。對晶體動態(tài)脆塑轉變的臨界切削深度模型進行了分析,根據單晶鍺片特性進行了參數修正,所得修正模型符合實驗數據。結合模型公式分析得出-10℃下的臨界切深略大于25℃下的臨界值,即常溫下得到的單晶鍺片臨界劃深可用于低溫情況。3.水相體系納米α-Al2O3懸浮液的分散性能通過合理選用球磨時間、球料比、球磨機轉速,研究了各因素對納米α-Al2O3拋光液懸浮性的影響,得出了最佳分散工藝條件,為開發(fā)性能優(yōu)良的納米α-Al2O3拋光液提供了理論指導。并通過分散后拋光液的粒徑分布對分散結果進行了驗證。4.冰凍固結磨料拋光盤的制備設計制作了帶熱阻層的冰凍固結磨料拋光盤模具,利用已分散好的拋光液,采用分層噴灑和分層冷凍工藝制作了冰凍固結磨料拋光盤,所凍結的拋光盤磨料分布均勻,分層可控,使用壽命增加。研究了拋光盤的磨損特性,提出了除傳統(tǒng)的摩擦磨損外的融化磨損,為多層冰凍固結磨料拋光盤的厚度設計提供理論依據。5.冰凍固結磨料拋光溫度場的仿真研究利用ABAQUS軟件,建立了環(huán)形冰凍固結磨料拋光盤拋光的溫度場有限元分析模型,利用溫度測試裝置驗證了模型的可靠性。利用所建立的溫度場仿真模型,分析了環(huán)境溫度、拋光時間、氣缸壓力、主軸轉速和偏心距對拋光盤溫度的影響規(guī)律。結合實驗,得出了冰凍固結磨料拋光盤的平均融化速度,為合理選擇拋光盤凍制厚度和拋光時間提供了理論依據。6.基于運動軌跡仿真的拋光材料去除模型仿真分析了偏心距對冰凍拋光盤與工件的轉速比的影響,建立了冰凍拋光盤拋光去除模型;分析了氣缸壓力、主軸轉速、磨料濃度對拋光去除速率的影響,得出了冰凍固結磨料拋光盤的平均去除速率,為合理選擇拋光時間提供了理論依據。7.冰凍固結磨料拋光單晶鍺薄片的工藝研究根據溫度場仿真結果,發(fā)明了環(huán)境溫度-10℃和噴入有機水溶液輔助拋光的冰凍固結磨料淺低溫拋光新工藝。利用田口法和綜合評定法對單層冰凍固結磨料拋光單晶鍺薄片開展了工藝優(yōu)化,結合優(yōu)化結果利用多層冰凍磨料拋光盤對單晶鍺薄片進行了粗拋-半精拋-精拋一次裝夾低溫拋光,獲得了Sa 1.45nm的光滑表面。為冰凍固結磨料拋光的實用化發(fā)展進行了積極探索。
【關鍵詞】：單晶鍺片 冰凍固結磨料拋光 脆塑轉變 納米磨料 拋光盤磨損 溫度場 去除模型 表面粗糙度 材料去除率
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-17
• 注釋表17-19
• 第一章 緒論19-33
• 1.1 引言19-20
• 1.2 鍺晶圓的研究現(xiàn)狀20-25
• 1.2.1 鍺晶片的加工技術21-22
• 1.2.2 鍺晶片的需求和標準22-24
• 1.2.3 鍺晶片的拋光技術現(xiàn)狀24-25
• 1.3 拋光技術的研究現(xiàn)狀25-29
• 1.3.1 固結磨料拋光技術26-27
• 1.3.2 低溫拋光技術27-28
• 1.3.3 拋光去除機理的理論研究28-29
• 1.4 研究目的、意義和內容29-31
• 1.4.1 目的與意義29
• 1.4.2 主要研究內容29-31
• 1.5 本章小結31-33
• 第二章 單晶鍺片的脆塑轉變機理研究33-48
• 2.1 引言33
• 2.2 低溫下單晶鍺片的脆塑轉變機理33-37
• 2.2.1 實驗裝置與方法33-35
• 2.2.2 結果分析與討論35-37
• 2.3 壓痕法研究單晶鍺片的力學性能37-41
• 2.3.1 實驗裝置與方法38-39
• 2.3.2 結果分析與討論39-41
• 2.4 劃痕法研究單晶鍺片的脆塑轉變性能41-47
• 2.4.1 實驗方法41-42
• 2.4.2 實驗結果與分析42-47
• 2.5 本章小結47-48
• 第三章 低溫拋光工具的制備48-69
• 3.1 引言48
• 3.2 微納米粒子的分散技術48-51
• 3.2.1 微細顆粒在液相中的分散原理48-49
• 3.2.2 微細顆粒在液相介質中的分散方法49-50
• 3.2.3 微細顆粒液相分散性的評價方法50-51
• 3.3 納米 α-Al_2O_3在水相介質中的分散性能研究51-56
• 3.3.1 實驗方法51
• 3.3.2 結果分析與討論51-56
• 3.4 冰凍固結磨料拋光盤的制備56-63
• 3.4.1 凍冰模具的設計56-58
• 3.4.2 熱阻層厚度分析58-61
• 3.4.3 冰凍固結磨料拋光盤的制備工藝61-63
• 3.5 冰凍固結磨料拋光盤的磨損63-67
• 3.5.1 磨粒磨損的特征與機理63-64
• 3.5.2 冰凍固結磨料拋光盤的磨損特性64-67
• 3.6 本章小結67-69
• 第四章 冰凍固結磨料拋光單晶鍺片的溫度場研究69-80
• 4.1 引言69
• 4.2 冰凍固結磨料拋光溫度場有限元模擬69-72
• 4.2.1 冰凍固結磨料拋光溫度場有限元模型的建立69-71
• 4.2.2 冰凍固結磨料拋光溫度場計算流程71-72
• 4.3 冰凍固結磨料拋光溫度場計算結果與分析72-79
• 4.3.1 溫度測量系統(tǒng)72-73
• 4.3.2 冰凍固結磨料拋光溫度場的仿真值驗證73-74
• 4.3.3 不同環(huán)境溫度下拋光時間對拋光盤溫度場的影響74-76
• 4.3.4 氣缸壓力對拋光盤溫度場的影響76-77
• 4.3.5 拋光盤轉速對拋光盤溫度場的影響77-78
• 4.3.6 偏心距對拋光盤溫度場的影響78-79
• 4.4 本章小結79-80
• 第五章 冰凍固結磨料拋光運動軌跡及去除速率仿真80-94
• 5.1 引言80
• 5.2 冰凍固結磨料拋光運動軌跡仿真80-85
• 5.2.1 冰凍固結磨料拋光運動軌跡理論分析80-82
• 5.2.2 工件旋轉方向的確定82-83
• 5.2.3 冰盤和工件間的摩擦力矩83
• 5.2.4 壓頭和工件承載器的摩擦力矩83-84
• 5.2.5 工件轉速的理論計算84-85
• 5.3 冰凍拋光盤單顆磨粒拋光運動軌跡85-89
• 5.3.1 冰凍拋光盤上磨粒位置對其運動軌跡的影響85-86
• 5.3.2 冰凍拋光盤與工件之間轉速比對單顆磨粒運動軌跡的影響86-87
• 5.3.3 冰凍拋光盤多顆磨粒拋光運動軌跡87-88
• 5.3.4 冰凍拋光盤拋光運動軌跡對鍺片表面質量的影響88-89
• 5.4 冰凍拋光盤拋光鍺片去除速率的預測89-93
• 5.4.1 冰凍固結磨料拋光去除模型建立89-91
• 5.4.2 數值模擬分析91-93
• 5.5 本章小結93-94
• 第六章 分層冰凍固結磨料拋光單晶鍺薄片的工藝研究94-121
• 6.1 引言94
• 6.2 冰凍固結磨料拋光單晶鍺薄片的實驗方法94-99
• 6.2.1 單晶鍺片的粘結工藝94-96
• 6.2.2 單晶鍺片的加工流程96
• 6.2.3 冰凍拋光盤表面的修整96
• 6.2.4 單晶鍺片的表面形貌表征方法96-98
• 6.2.5 單晶鍺片的材料去除率測定98-99
• 6.3 單層冰凍固結磨料拋光單晶鍺片的工藝研究99-104
• 6.3.1 環(huán)境溫度對單晶鍺片去除率的影響99-102
• 6.3.2 拋光盤溝槽對鍺片拋光的影響102-103
• 6.3.3 不同磨料拋光盤對工件表面粗糙度和去除率的影響103-104
• 6.4 單層冰凍固結磨料低溫拋光單晶鍺片的工藝優(yōu)化104-110
• 6.4.1 田口法105-109
• 6.4.2 綜合評定法109-110
• 6.5 多層冰凍固結磨料拋光盤低溫拋光單晶鍺片的工藝研究110-119
• 6.5.1 多層冰凍固結磨料拋光盤的總體設計111-112
• 6.5.2 多層冰凍固結磨料拋光盤的拋光工藝設計112-114
• 6.5.3 多層冰凍固結磨料拋光墊的各層厚度設計114-115
• 6.5.4 多層冰凍固結磨料拋光盤的拋光性能驗證115-119
• 6.5.5 單晶鍺片拋光塑性去除分析119
• 6.6 本章小結119-121
• 第七章 結論與展望121-124
• 7.1 全文總結121-123
• 7.1.1 本文完成的主要工作121-122
• 7.1.2 本文的創(chuàng)新點122-123
• 7.2 展望123-124
• 參考文獻124-134
• 致謝134-135
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文135

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5 種寶春;柳濱;宋文超;;CMP拋光機拋光盤溫度的精確控制[J];電子工業(yè)專用設備;2007年10期

6 胡自強;凌寧;潘君驊;姜文漢;;非球面變形拋光盤變形能力分析[J];壓電與聲光;2010年04期

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8 ;[J];;年期

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本文編號：265714