本文關(guān)鍵詞：鈮酸鋰晶片化學(xué)機(jī)械拋光研究

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【摘要】：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)用于非線性光學(xué)、鐵電、壓電、電光等領(lǐng)域,在非線性光學(xué)晶體中占據(jù)很大市場份額,享有“光學(xué)硅”的美譽(yù),被稱為“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、飛秒激光加工會出現(xiàn)劃痕、磨料嵌入、塌邊、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)到亞納米級別,同時表面不能有任何缺陷,這些要求對鈮酸鋰的加工提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。針對傳統(tǒng)加工出現(xiàn)的各種問題,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。本文提出通過固結(jié)磨料研磨、粗拋、精拋的加工工藝方法來加工鈮酸鋰晶片,采用固結(jié)磨料研磨時,可獲得6.342μm的全局表面平整度,同時材料去除率達(dá)到1.3μm/min,研磨過后采用粗拋工藝去除研磨產(chǎn)生的損傷層,粗拋時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,同時表面粗糙度為1.727nm,基本去除了研磨時表面產(chǎn)生的劃痕,之后用配置的拋光液對鈮酸鋰晶片精拋,拋光液配方為1000 mL拋光液中含有次氯酸鈉30 g、檸檬酸16g、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,同時材料去除率達(dá)到341.5 nm/min,滿足加工要求。采用能譜分析(EDS)和電化學(xué)實(shí)驗對各種成分拋光液的化學(xué)腐蝕作用做了研究,通過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74.89%,初步解釋了材料去除率上升的原因；通過電化學(xué)實(shí)驗測量不同拋光液的塔菲爾極化曲線,然后由塔菲爾極化曲線求得腐蝕電流及腐蝕電壓,判斷不同拋光液的腐蝕能力,以及研究不同pH值和氧化劑對拋光液腐蝕能力的影響,實(shí)驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)拋光液中含有次氯酸鈉、檸檬酸,同時pH值為11時,可以提高拋光液的腐蝕能力,獲得較高的材料去除率,提高加工效率。
【關(guān)鍵詞】：鈮酸鋰晶體 化學(xué)機(jī)械拋光 拋光液 表面粗糙度 材料去除率
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG175
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-19
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 鈮酸鋰性質(zhì)10-11
• 1.2.1 鈮酸鋰晶體的特性及其基本物理結(jié)構(gòu)10
• 1.2.2 鈮酸鋰晶體的空位及其半導(dǎo)體性質(zhì)10-11
• 1.2.3 鈮酸鋰晶體的生長11
• 1.2.4 鈮酸鋰晶體的摻雜技術(shù)11
• 1.3 鈮酸鋰晶體的超精密加工現(xiàn)狀11-13
• 1.4 CMP技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用13-17
• 1.4.1 CMP技術(shù)簡介13-16
• 1.4.2 化學(xué)機(jī)械拋光關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)問題16-17
• 1.5 課題的研究目的與重要意義17
• 1.6 課題來源及本文的研究內(nèi)容17-19
• 1.6.1 課題來源17
• 1.6.2 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 2 拋光液的配置19-38
• 2.1 氧化劑的確定19-22
• 2.2 絡(luò)合劑的選擇22-23
• 2.3 磨料的選擇23-30
• 2.3.1 磨料種類的選擇24-27
• 2.3.2 磨料粒徑大小對材料去除率的影響27-29
• 2.3.3 磨料濃度對材料去除率的影響29-30
• 2.4 pH值對拋光過程的影響30-35
• 2.4.1 pH值的確定30-32
• 2.4.2 接觸角實(shí)驗32-35
• 2.5 分散劑的確定35-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 3 鈮酸鋰晶片化學(xué)機(jī)械拋光38-52
• 3.1 試驗樣品的研磨38-39
• 3.2 拋光墊的選擇39-42
• 3.2.1 拋光墊主要作用39
• 3.2.2 拋光墊特性及種類39-40
• 3.2.3 各種拋光墊加工效果及選擇40-42
• 3.3 試驗樣品粗拋工藝42-43
• 3.4 鈮酸鋰晶片精拋工藝的確定43-51
• 3.4.1 拋光壓力的確定43-46
• 3.4.2 主盤轉(zhuǎn)速的確定46-47
• 3.4.3 橫移速度的確定47-48
• 3.4.4 拋光液流速的確定48-49
• 3.4.5 拋光時間的確定49-51
• 3.5 CMP后清洗工藝51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 4 鈮酸鋰晶片化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)理研究52-65
• 4.1 材料去除研究52-54
• 4.1.1 機(jī)械去除機(jī)理52-54
• 4.1.2 化學(xué)作用機(jī)理54
• 4.2 EDS實(shí)驗54-57
• 4.2.1 EDS分析方法及原理54-55
• 4.2.2 EDS實(shí)驗及結(jié)果分析55-57
• 4.3 電化學(xué)實(shí)驗57-64
• 4.3.1 電化學(xué)實(shí)驗簡介58-60
• 4.3.2 不同拋光液的塔菲爾曲線測量及結(jié)果分析60-62
• 4.3.3 PH對塔菲爾極化曲線的影響62-63
• 4.3.4 氧化劑的種類對極化曲線的影響63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-72
• 致謝72-73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 武曉玲;劉玉嶺;王勝利;劉長宇;劉承霖;;pH值對鈮酸鋰晶片拋光速率及拋光表面的影響[J];半導(dǎo)體技術(shù);2007年01期

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本文編號：939310