藍(lán)寶石單晶的超光滑無損傷表面加工

藍(lán)寶石單晶的超光滑無損傷表面加工

在應(yīng)用藍(lán)莓技術(shù)時(shí)，需要一個(gè)高質(zhì)量的表面，這對(duì)藍(lán)莓的表面加工提出了高要求。例如，用于支撐結(jié)構(gòu)的藍(lán)莓表面的粗糙度通常需要達(dá)到（1.0.2）m，研磨后應(yīng)達(dá)到0.3nm。但藍(lán)寶石單晶因硬度高、化學(xué)性能穩(wěn)定,屬于典型的難加工材料。目前,藍(lán)寶石的加工需要采用切片、研磨、拋光等多道工序,為了獲得具有良好平面度和表面光滑無損傷的藍(lán)寶石微片,Tanikella等但是,關(guān)于在研磨階段使用不同粒徑的磨料對(duì)研磨后與化學(xué)機(jī)械拋光后的損傷層、粗糙度等的影響以及對(duì)最終產(chǎn)品的表面粗糙度有無影響尚未見報(bào)道。本工作采用兩種不同粒徑:W28(粒徑為28μm)、W7(粒徑為7μm)的碳化硼(B1實(shí)驗(yàn)1.1晶體生長采用泡生法生長晶體。原料采用純度為99.999%的Al1.2研磨固結(jié)磨料w2試驗(yàn)設(shè)置為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組,實(shí)驗(yàn)所有的藍(lán)寶石晶片樣品尺寸為45mm×45mm×0.75mm的(0001)晶面,線切后藍(lán)寶石晶片的翹曲度(WARP)和平坦度(TTV)差異在0.005mm內(nèi)。使用的研磨固結(jié)磨料分別為W28和W7碳化硼(B拋光試驗(yàn)在同一臺(tái)杭州智邦納米有限公司生產(chǎn)的Nanopoli型雙面拋光機(jī)上進(jìn)行。選用沈陽科技制造有限公司生產(chǎn)的P-PAD型合成革拋光墊。拋光實(shí)驗(yàn)為總移除0.04mm,平均單面去除0.02mm。雙面拋光基本參數(shù)為:壓力為186kPa,上盤轉(zhuǎn)速為25r/min、下盤轉(zhuǎn)速為30r/min,拋光液為堿性B1.3材料去除速率檢測(cè)采用日本島津公司的SPM-9700HT型掃描探針顯微鏡(SPM)檢測(cè)研磨、拋光后藍(lán)寶石晶片表面粗糙度及表面形貌,樣品臺(tái)移動(dòng)范圍:–6~6mm,定位檢測(cè)噪聲為水平:0.1~0.2nm,垂直:0.03~0.05nm。采用金諾JF1004型精度為0.1mg的電子分析天平測(cè)量實(shí)驗(yàn)前后藍(lán)寶石晶片的質(zhì)量,通過計(jì)算獲得藍(lán)寶石晶片的材料去除速率。采用德國森特的SemDexAR13型(精度為1μm,測(cè)量范圍為803mm×1900mm×1400mm)光學(xué)檢測(cè)儀測(cè)量藍(lán)寶石晶片的平坦度、彎曲度和翹曲度。2結(jié)果與討論2.1研磨粉的粒徑對(duì)研磨晶片的切除率和粗糙度影響為了去除由于切割引起的晶片表面劃痕等損傷,分別為采用W28和W7碳化硼(B由表1可以看出,研磨粉的粒徑對(duì)藍(lán)寶石晶片的移除率、粗糙度影響較大。使用W28研磨粉研磨的藍(lán)寶石晶片其R2.2磨料去除量的測(cè)量在研磨過程中,W28、W7磨料研磨的晶片去除量均為50μm,以初步去除表面劃痕等損傷,去除量即為去除厚度,等于去除速率乘以研磨時(shí)間。表2和表3分別為藍(lán)寶石晶片經(jīng)W28和W7磨料對(duì)3個(gè)樣品研磨后,測(cè)量的晶片厚度、平坦度、彎曲度和翹曲度。由表2和表3可知,經(jīng)不同粒徑磨料研磨后的藍(lán)寶石晶片,其厚度、彎曲度和翹曲度差別不大,而W7的平坦度略佳一些。王建彬等2.3研磨粒徑對(duì)研磨晶體的研磨質(zhì)量的影響2.3.1晶片的研磨加工使用相同濃度堿性B由圖3可以看出,經(jīng)不同粒徑磨料拋光后藍(lán)寶石晶片表面粗糙度略有不同,經(jīng)W28研磨得到的晶片損傷層達(dá)50μm;經(jīng)W7研磨得到的晶片損傷層達(dá)20μm。拋光深度均為20μm時(shí),對(duì)于經(jīng)W28研磨的晶片,拋光深度20μm不足以去除其損傷層,因此,W28拋光后藍(lán)寶石晶片表面粗糙度較大,拋光后表面劃痕較多,表面有明顯起伏。而W7拋光20μm后,藍(lán)寶石晶片損傷層全部被移除,其表面平整,無明顯起伏,表面質(zhì)量相對(duì)較高。2.3.2坦度、彎曲度和翹曲度雙面拋光共移除40μm,平均單面去除20μm后,測(cè)得拋光晶片的厚度、平坦度、彎曲度和翹曲度如表5和表6所示。由表5和表6可以看出,雙面拋光后,只有藍(lán)寶石晶片的平坦度略有差異,其余指標(biāo)并無差異。這是因?yàn)榫p面拋光后,拋光深度已經(jīng)足以去除研磨過程中造成的損傷層,所以無論是W7還是W28的B3w28與w7磨料研磨的比較1)采用泡生法生長藍(lán)寶石,其工藝參數(shù)為:轉(zhuǎn)速4r/min,提拉速率1~2mm/h。生長出尺寸為φ200mm×410mm的藍(lán)寶石晶錠。2)在相同