冰盤化學(xué)機(jī)械拋光單晶砷化鎵片的機(jī)理及工藝研究.pdf

1、單晶砷化鎵材料是繼鍺、單晶硅之后發(fā)展起來(lái)的新一代半導(dǎo)體材料。它是目前最重要、最成熟的化合物半導(dǎo)體材料之一，主要應(yīng)用于光電子和微電子領(lǐng)域。
　　 由于砷化鎵屬于典型的硬脆材料，自身的塑性低，采用普通的加工技術(shù)及相應(yīng)的工藝參數(shù)加工，只會(huì)導(dǎo)致它的脆性崩裂去除而不會(huì)像金屬那樣在加工面上存在明顯的剪切流動(dòng)現(xiàn)象，并且當(dāng)切削力過大時(shí)，材料將發(fā)生脆性斷裂，這將影響到被加工表面的質(zhì)量和完整性。
　　 針對(duì)單晶砷化鎵片超精密加工的特點(diǎn)，本文

2、圍繞納米氧化硅磨料凍制的冰盤作為拋光墊對(duì)單晶砷化鎵片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光開展研究工作，探討了單晶砷化鎵片的切割加工、預(yù)加工、冰凍納米氧化硅磨料冰盤的制備與拋光等方面的內(nèi)容，其中單晶砷化鎵片的預(yù)加工主要包括研磨和游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光兩部分，完成的主要工作及取得的成果包括：
　　 1.單晶砷化鎵片的切割工藝中，切割過程中線速度和進(jìn)給速度對(duì)切片表面質(zhì)量的影響較大。當(dāng)進(jìn)給速度較小時(shí)，提高切割的線速度可以顯著提高單晶砷化鎵片的表面粗糙度；當(dāng)進(jìn)

3、給速度較大時(shí)提高線速度對(duì)單晶砷化鎵片的表面機(jī)糙度影響不大。
　　 2.游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光單晶砷化鎵片工藝中，采用PH值9～11.5的SiO2拋光漿料，壓力為0.08MPa時(shí)，表面粗糙度達(dá)到8.0nm；當(dāng)壓力增大到0.1MPa時(shí)，表面粗糙度達(dá)到7.81nm；當(dāng)壓力繼續(xù)增加到0.2MPa時(shí)，表面粗糙度達(dá)到至9.15nm。
　　 3.采用維氏硬度計(jì)對(duì)單晶砷化鎵片進(jìn)行壓痕實(shí)驗(yàn)，分析了溫度對(duì)單晶砷化鎵片脆塑轉(zhuǎn)變機(jī)理的影響。在低于

4、0.244N的小載荷區(qū)時(shí)，單晶砷化鎵片的硬度隨著載荷的增大而增大，且無(wú)裂紋產(chǎn)生；在高于0.244N的大載荷區(qū)時(shí)，砷化鎵片的硬度隨著載荷的增大而減小，伴隨著裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。
　　 4.制備冰盤所采用的拋光液的配方主要包括納米二氧化硅拋光液原液、去離子水，去離子水與納米氧化硅磨料拋光液原液按照3∶1的比例進(jìn)行配比，采用H2O2將PH值調(diào)節(jié)到9.5～10.5之間，拋光液中納米二氧化硅濃度約為10％時(shí)，拋光液所制備的冰盤拋光效果良好。

5、
　　 5.采用開放式模具和分層冷凍的方法凍結(jié)納米氧化硅磨料冰盤，明顯地減少了凍結(jié)過程中冰盤的內(nèi)應(yīng)力、裂紋、氣泡及雜質(zhì)的含量；同時(shí)采用透明的石英玻璃拋光夾具和UV粘結(jié)劑的固化，有效提高了拋光表面的質(zhì)量。
　　 6.冰盤拋光單晶砷化鎵片實(shí)驗(yàn)過程中，采用環(huán)境溫度為10±0.5℃、主軸轉(zhuǎn)速為100rpm、偏心距為50mm、拋光壓力為0.1MPa時(shí)，能夠獲得平均值為5.71nm的表面粗糙度，且中心的表面粗糙度值比邊緣的表面粗糙度