半导体材料低温无磨料超光滑表面抛光分析的研究

半导体材料低温无磨料超光滑表面抛光分析的研究 ====================== 发表时间：2019-11-18 16:14作者：九朋新材料 半导体材料低温无磨料超光滑表面抛光分析的研究 摘要 本文结合国家自然科学基金项目"埃及超光滑表面低温无磨料抛光的理论与实验研究"，对低温无磨料抛光加工方法进行了较为系统的研究。 文中详细介绍了实现低温无磨料抛光的实验装置及冰盘、工件盘的制备过程，阐述了该加工方法的加工工艺和加工后工件的清洗与测量，用不同的水质、压头压力，冰盘转速、工件盘偏心及抛光时间对半导体材料进行了抛光试验，研究在此条件下，对抛光结果的影响规律，得出抛光所需的最佳加工参数，并且在微观的原子、分子尺度上，运用表面、界面和半导体材料结构等理论对半导体材料冰盘抛光加工过程中半导体材料表面微观去除机理以及出现的试件表面粗糙度变化规律，进行了初步探讨和解释。 关键词：半导体材料　冰盘抛光　表面粗糙度 总结 半导体材料低温无磨料超光滑表面抛光是首次提出的对半导体材料进行加工的一种新方法，属于低温工程在精密、超精密加工领域的崭新应用。本论文从实验及理论两方面入手，对无磨料低温超光滑表面抛光加工方法进行了较为系统的研究。论文的主要创新性工作及结论如下： l、半导体材料无磨料低温超光滑表面抛光是用去离子水冻结成的冰盘进行抛光，因此冰盘的质量对加工的结果有直接影响，冰盘质量的好坏是与冰模结构和冻冰时冰柜的温度直接相关。要得到质量较高的冰盘，模具的壁厚要适度，不易过薄，另外冻冰时冰柜的温度不宜过低，取下模时升温要缓慢，这样可减少裂纹的产生。无磨料低温超光滑表面抛光的加工工艺同一般抛光方法类似，不同的是在抛光前冰盘需要预抛 光。 2、工件表面各点粗糙度值均匀性是对加工效果好坏的一项评定，各点粗糙度值大小与其抛光行程直接相关，通过第三章的分析可知工件盘上同一半径的圆上各点行程相等，半径不同的点抛光行程不同，工件盘转速对各点抛光行程均匀性的影响最大，工件盘的转速越大，各点抛光行程均匀性越好，当工件盘转速与冰盘转速相等时工件盘上各点的抛光行程相等。偏心对抛光行程均匀性影响很小。通过动力学分析可知，工件盘转速与偏心和压头压力有关，偏心越小，工件盘转速越大，压力增大时，由于摩擦阻力力矩也增大，工件盘转速反而减小。 3、通过对单晶硅和GaAs晶片进行抛光实验可知：用去离子水冻成的冰盘进行抛光得到的加工结果最好，其它水冻成的冰盘都能起到降低工件表面粗糙度的作用，但不能降的很低，或者稳定性不好；在无磨料低温抛光中，压头压力不宜过大或过小，要适中，在本文的实验中，气缸压力为0．05Mpa时能得到最好的加工效果；压头的偏心小点好，本文的实验中，压头偏心为5mm时能得到最好的加工结果；无磨料低温抛光对半导体材料等脆性材料能得到较好的加工效果。实验过程中发现工件表面粗糙度在加工过程中并非像传统抛光那样单调下降，而是波动变化。 4、基于粘着理论和工件材料内部结构对无磨料低温抛光的材料去除机理及加工机理进行了分析，任何物质的表面能是不同的，两种物质表面相互靠近，当距离d,N分子力或原子力作用量程的时候，粘着力产生，结果是两种物质粘着在一起，当把两种物质分开时，分子力或原子力弱的一方材料被粘走。半导体材料表面在水中发生了化学反应，其强度弱于机体材料强度，当它与冰表面靠近并接触时，试件表面的材料被粘走。随着工件表面粗糙峰不断被粘走，工件表面的形貌在变化，本论文用原子理论对工件表面形貌进行了描述，对抛光实验中工件表面粗糙度波动变化现象进行了阐述。