基于中心复合设计试验的SiC单晶片超声振动加工工艺参数优化

由于超声振动复合加工过程很难通过动力学分析得到有效的切割机理的数学模型,而试验研究不失为解决该问题的一种有效方法。采用中心复合设计(Central composite design,CCD)试验方法,设计四因素三水平的SiC单晶片超声振动复合加工试验方案;引入响应曲面法建立切向锯切力、表面粗糙度与主要工艺参数(线锯速度、工件进给速度、工件转速和超声波振幅)的二阶关系模型,通过对试验数据的多元二次拟合,分别获得切削力和表面粗糙度的二次方程表达式;进一步分析实际加工条件对工艺参数的约束,并以提高SiC单晶片表面的加工质量(即最小化加工表面粗糙度)为目标建立工艺参数优化模型;设计粒子群优化算法及其流程进行优化问题求解,通过实例验证,该算法可以快速有效地获得满足多约束的最佳工艺参数。

SiC单晶片CMP超精密加工技术现状与趋势

综述了半导体材料SiC抛光技术的发展,介绍了SiC单晶片CMP技术的研究现状,分析了CMP的原理和工艺参数对抛光的影响,指出了SiC单晶片CMP急待解决的技术和理论问题,并对其发展方向进行了展望。

表面活性剂对硅单晶片表面吸附颗粒的作用

提出了新抛光硅片镜面吸附动力学过程；深入研究表面活性剂的性质和作用；利用表面活性剂特性，有效地控制硅片表面颗粒处于易清洗的物理吸附状态。

SiC单晶片研磨过程材料去除率仿真与试验研究

分析了SiC单晶片研磨过程的材料去除机理,采用统计方法描述了磨粒粒度的分布规律,推导出参与研磨过程的活动磨粒数量计算公式。依据SiC单晶片—磨粒和研磨盘—磨粒接触处的变形情况,建立了SiC单晶片研磨过程材料去除率(MRR)的预测模型。以该模型为基础,讨论了研磨盘硬度、压力和磨粒粒度等因素对MRR的影响,并进行了相同条件下的研磨试验。理论计算与试验结果对比分析表明:所建立的模型可以较准确地预测SiC单晶片研磨过程的MRR;为其他单晶材料研磨过程MRR的预测和控制提供了参考依据。

SiC单晶片加工过程中切割力的分析与建模

SiC单晶具有优良的物理和机械性能,在微电子和光电领域得到了广泛应用,然而由于其高硬度和脆性,晶片的制造非常困难、效率低下。为提高SiC单晶片的加工质量和加工效率,分析了SiC单晶片线锯切割过程中的受力情况;从切屑变形和摩擦两个方面,建立单颗磨粒的法向和切向受力模型,进而得到线锯切割力与工艺参数及线锯物理属性的关系模型;设计了切割力的试验装置,通过不同加工参数下的试验研究,确定了关系模型中的应力系数;通过理论值与试验值的对比校验,法向力和切向力预测值的误差小于9.18%,并对误差产生原因作了分析。结果表明,该切割力理论模型可以对SiC单晶片在同等线锯切割环境下的切割力进行有效预测,为切削力的优化控制提供了理论依据。

SiC单晶片线锯切割技术研究进展

单晶碳化硅(Si C)以其独特稳定的物理学特性和半导体特性在集成电路和空间光学等领域得到广泛应用。在Si C单晶片的制造过程中,切割是加工Si C单晶片首要关键的工序,其切割成本占整个晶片加工成本的50%以上。参阅了国内外相关文献资料,研究分析了目前Si C在切割技术尤其是线锯切割Si C技术及线锯切割设备方面的研究现状,对线锯切割Si C技术和设备中存在的问题进行研究分析,提出了Si C单晶片线锯切割技术未来的研究方向。

开管退火对碲锌镉单晶片沉积相影响的研究

报道了一种CZT单晶片退火的新装置和新工艺,可以方便有效的对CZT单晶片进行开管退火。主要研究了氢气氛下加Cd源开管退火对CZT晶片中沉积相的影响。研究发现:经过开管退火处理后CZT晶片中的沉积相颗粒的密度和尺寸都明显减小,有效消除了Te沉积相,大颗粒的Cd沉积相尺寸也明显减小。

工艺参数对SiC单晶片切割表面质量的影响

SiC单晶片表面质量对其后续半导体器件的制造有很大影响,但其材料的高硬度和高脆性,使切片过程变得非常困难。本文在往复式电镀金刚石线切割装置上采用单因素和正交法进行了SiC单晶切割实验,研究了工件转速、线锯速率、工件进给速率、线锯磨损对晶片表面粗糙度的影响规律以及三维形貌特点。结果表明:附加工件旋转运动,晶片表面质量提高,划痕减少、深度变浅;线速增大、工件旋转速率增大或工件进给速率减小,表面粗糙度值减小;线锯磨损晶片表面粗糙度值增大。相对线速和线锯磨损,工件转速和工件进给速率对晶片表面质量及粗糙度的影响更大。应在综合考虑效率和线锯损耗的基础上合理确定切割参数,尤其是工件进给速率。

大尺寸SiC单晶片的超硬磨料切割技术研究进展

在SiC单晶片的制造中,切割是加工SiC单晶片的关键工序,其成本占整个加工成本的50%以上。然而,传统的切割技术还存在一定的缺点或局限性。本文在分析传统切割技术的基础上,较详细地介绍了金刚石线锯超声纵向振动切割技术,指出金刚石线锯超声纵向振动切割技术与相同实验条件下的未施加超声振动的锯切方法相比,具有加工材料去除率高、表面质量好、加工表面损伤小、挠曲变形小、切片薄、片厚一致性好、能切割大尺寸SiC锭等优点,是应用前景非常广泛的切割方法。

基于不同纳米划痕顺序的6H-SiC单晶片材料去除机理研究

通过微纳米力学测试系统对6H-SiC单晶片(0001)晶面进行不同间距和不同顺序的纳米刻划试验,并用摩擦力传感器、超景深显微系统和三维形貌仪对产生的划痕的划痕横截面轮廓曲线、划痕深度、摩擦力以及表面形貌进行分析,研究单晶片刻划过程中不同划痕间距和划痕顺序下的材料去除过程。结果表明:当静载荷为100 mN时,不同划痕间距影响单晶片表面的横截面轮廓和平均摩擦力。随着划痕间距增大,2条划痕之间的深度差逐渐减小,划痕2的平均摩擦力逐渐减小并接近划痕1的;当划痕间距为14μm时,最大划痕深度为-183.4 nm,平均摩擦力为18.8 mN。划痕顺序对表面形态和材料去除影响显著,当静载荷为90 mN,划痕间距为6μm和8μm时,非顺序划痕的表面材料堆积较少,表面粗糙度值更低,表面质量较好。当划痕间距为6μm时,0~180 mN的动载荷均匀加载下顺序划痕末端表面的材料破碎情况严重,而非顺序划痕则在一定程度上能减少晶片划痕的裂纹程度;顺序划痕中的最大摩擦力为76.8 mN,大于非顺序划痕中的最大摩擦力63.3 mN,非顺序划痕更有助于实现SiC晶片的塑性加工,提高其表面加工质量。

压电双晶片和单晶片驱动下泵的输出性能研究

为从理论上获得压电泵在薄片型压电双晶片和单晶片（统称压电振子）驱动时的输出一流量关系，需要获得二者振动时产生的容积变化量。假设压电振子在周边固定约束条件下，应用弹性薄板的小挠度弯曲变形理论，推导了压电双晶片和单晶片振动时的容积变化方程，并根据方程对铜基板直径为35mm，压电陶瓷直径为29mm，基板和压电陶瓷厚度同时为0．2mm和0．3mm2种规格的压电单晶片和双晶片进行了振动容积计算。计算结果显示，相同基板和陶瓷厚度的双晶片振动产生的容积变化量是单晶片的2．3倍。将上诉压电振子应用到单腔压电泵上进行输送气体流量测试，获得的实际输出流量比在1．5～2倍之间，理论计算结果与试验测试结果比较接近。理论推导结果为比较双晶片和单晶片驱动下压电泵的输出能力提供了可靠依据。

旋转条件下SiC单晶片锯切力建模研究

通过理论分析和实验研究相结合的方法,对工件旋转条件下电镀金刚石线锯切割SiC单晶片锯切力进行了分析。依据磨削和动态切削理论,分析了线锯与工件运动模型、单颗金刚石磨粒的切向和法向锯切力,建立了金刚石线锯锯切力模型;进行了工件旋转条件下SiC单晶切割实验,对理论分析结果进行验证,重点对线锯速率、工件进给速率、工件旋转速率及工件未切割直径等工艺因素对切向锯切力的影响进行分析。结果表明理论分析和实验结果相对误差不大于5.2%,验证了所建模型的正确性,为探索SiC单晶片的切削机理和参数优化提供依据。

空间太阳电池用超薄Ge单晶片的CMP技术

以Ge单晶抛光片为衬底的空间太阳电池在我国的应用已越来越多。目前,抛光后Ge单晶片的几何参数,尤其是表面状态常不能满足使用要求。介绍了超薄Ge衬底片抛光的工艺技术,开展了抛光压力、抛光盘转速与抛光去除速率的关系实验,对影响Ge单晶抛光片几何参数和表面质量的原因进行了分析和实验研究。工艺优化后抛光的产品完全满足了空间高效太阳电池的衬底的使用要求。

SiC单晶片ELID超精密磨削氧化膜特性研究

SiC单晶片的材质既硬且脆,加工难度很大,通过ELID磨削技术超精密加工SiC单晶片是一种高效的加工方法,而氧化膜的特性是ELID磨削技术的关键。本文研究了ELID磨削中氧化膜的形成规律,基于电化学基本原理,建立了砂轮表面氧化膜形成过程的一般模型,并对电压、占空比等工艺参数对金属结合剂砂轮表面氧化膜形成特性的影响进行了研究。结果表明:氧化膜厚度和生长率随着电压和占空比的增加而增加,随后逐渐降低并趋于稳定。根据SiC单晶片硬脆性质,在超精密加工SiC单晶片时,开始阶段采用较高电压(120V)和较高占空比(2/3),在稳定阶段采用较低电压(90V)和较低占空比(1/4)。

单面研磨6H-SiC单晶片的加工表面性能分析

采用硬基研磨盘对6H-SiC单晶片进行单面研磨,分析了晶片加工表面形貌和划痕特征。实验结果表明:采用铸铁盘相对于采用硬度较低的铜盘和铝盘研磨后的晶片表面较均匀。采用铸铁盘研磨时金刚石磨料和碳化硼磨料较适合单晶SiC的研磨加工。用M0.5/1.5金刚石磨粒研磨后,SiC单晶片表面的断裂凹坑密集而细小,但容易出现划痕和研磨不均匀,而且分散性差,团聚后容易使晶片表面产生大的划痕;实验条件下铸铁研磨盘比较适合M3/6以粗的金刚石磨料研磨。研磨过程中,磨粒的行为对表面质量有重要影响。切入较深的磨粒使工件产生微裂纹,从而导致工件表面产生滚压破碎凹坑、划擦痕迹和脆性断裂划痕;切入较浅的磨粒使工件产生微量塑性变形,而使晶片表面产生微量塑性去除划痕。

基于RSM的SiC单晶片表面粗糙度预测及参数优化

通过响应面分析法(RSM)对超声振动辅助金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析和优化。采用中心组合设计实验,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速和超声波振幅这4个因素对SiC单晶片表面粗糙度值的影响,建立了SiC单晶片表面粗糙度的响应模型,进行响应面分析,采用满意度函数(DFM)确定了切割SiC单晶体的最佳工艺参数,验证试验表明该模型能实现相应的硬脆材料切割过程的表面粗糙度预测。

SiC单晶片高效精密加工机理的仿真与实验研究

SiC单晶作为理想的半导体材料,其特有晶体结构及高的材料硬脆性使其精密加工过程成为难点。本文基于SiC单晶材料去除机理,通过有限元方法对材料去除方式及应力进行了仿真及实验验证。仿真与实验的结果表明,基于超声复合研磨加工SiC单晶片,粗糙度降低达50%,材料去除率提高达100%。

粗晶TC4β挤压管的无盲区超声波检测——单晶片爬波探头的研制

介绍用单晶片爬波探头对粗晶TC4(Ti-6Al-4V)β挤压管实现无盲区超声波检测以及新研制的5MHz单晶片爬波探头的原理、特点和性能等.

SiC单晶片切割力建模与自适应控制

Si C单晶因优良的物理和机械性能而大量用于大功率器件和IC行业。但由于材料的高硬度和高脆性,使其加工过程变得很困难。为此,分析了Si C单晶片切割过程,建立切割过程模型,通过F检验法进行系统阶次辨识,采用遗忘因子递推最小二乘算法在线估计模型参数,建立进给量与切割力的差分方程,设计基于最小方差自校正的切割力控制器,并进行实验验证。结果表明:控制器能够很好的跟踪不同信号,具有良好的鲁棒性,提高了Si C单晶片的加工效率和表面质量。

SiC单晶片研磨材料去除率研究

碳化硅(SiC)单晶片属于难加工材料,在使用之前必须要进行研磨与抛光。材料去除率(Material removal rate,MRR)是衡量SiC单晶片研磨与抛光效率的重要因素。针对传统研磨与抛光过程中考虑磨粒摩擦磨损时建立的材料去除率公式对材料去除的不足,考虑SiC单晶片研磨时磨粒挤压嵌入阶段的材料去除,建立了新型的材料去除率公式。根据SiC单晶片、磨粒与研磨盘之间的接触状态,推导出了包含嵌入阶段和摩擦磨损阶段材料去除的新型MRR数学模型;结合材料的物理特性(如硬度与弹性模量等),进行研磨实验。实验结果与模型预测结果表明,新型材料去除率公式的预测结果更接近实际情况。