鈮酸鋰晶片化學(xué)機(jī)械拋光研究.pdf

1、鈮酸鋰晶體（LiNbO3，LN）具有居里溫度高、自發(fā)極化強(qiáng)、機(jī)電耦合系數(shù)高、可摻雜性好等一系列優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于非線(xiàn)性光學(xué)、鐵電、壓電、電光等領(lǐng)域，在非線(xiàn)性光學(xué)晶體中占據(jù)很大市場(chǎng)份額，享有“光學(xué)硅”的美譽(yù)，被稱(chēng)為“通用型”和“聰明型”晶體。
　　LN晶體的硬度處于軟脆晶體和硬脆晶體之間，具有強(qiáng)烈的溫度和力學(xué)各向異性性能，因此具有非常低的損傷閥值及較高的脆性，傳統(tǒng)的加工方法例如機(jī)械拋光、研磨、飛秒激光加工會(huì)出現(xiàn)劃痕、磨料嵌入、塌

2、邊、斷裂等加工缺陷，而LN晶體一般作為高性能的光學(xué)器件使用，表面粗糙度需要達(dá)到亞納米級(jí)別，同時(shí)表面不能有任何缺陷，這些要求對(duì)鈮酸鋰的加工提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
　　針對(duì)傳統(tǒng)加工出現(xiàn)的各種問(wèn)題，本文采用化學(xué)機(jī)械拋光的方法，優(yōu)化拋光液配方及工藝參數(shù)，使得在較高的材料去除率下，獲得好的表面質(zhì)量。本文提出通過(guò)固結(jié)磨料研磨、粗拋、精拋的加工工藝方法來(lái)加工鈮酸鋰晶片，采用固結(jié)磨料研磨時(shí)，可獲得6.342μm的全局表面平整度，同時(shí)材料去除率達(dá)到1.

3、3μm/min，研磨過(guò)后采用粗拋工藝去除研磨產(chǎn)生的損傷層，粗拋時(shí)選用氧化鋁磨料和聚氨酯拋光墊，獲得了420.3 nm/min的材料去除率，同時(shí)表面粗糙度為1.727 nm，基本去除了研磨時(shí)表面產(chǎn)生的劃痕，之后用配置的拋光液對(duì)鈮酸鋰晶片精拋，拋光液配方為1000 mL拋光液中含有次氯酸鈉30 g、檸檬酸16 g、二氧化硅（粒徑20 nm）140 g、硅酸鈉2g、 pH值為10，不斷優(yōu)化機(jī)床工藝參數(shù)，獲得了0.312 nm的超光滑低損傷表面

4、，同時(shí)材料去除率達(dá)到341.5 nm/min，滿(mǎn)足加工要求。
　　采用能譜分析(EDS)和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)各種成分拋光液的化學(xué)腐蝕作用做了研究，通過(guò)掃描電鏡和能譜圖的方法，發(fā)現(xiàn)在拋光液中加入次氯酸鈉之后表面含氧量上升，表面氧元素重量百分比從31.86％增加到34.51％，原子百分比從56.56％增加到66.62％，加入檸檬酸之后，氧元素的含量進(jìn)一步上升，表面氧元素重量百分比從31.86％增加到37.1％，原子百分比從56.56％增加到