单晶SiC化学机械抛光液化学反应参数研究 被引量：6

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作者 阎秋生 徐少平 +1 位作者 路家斌 宋涛 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第9期98-100,104,共4页

选择影响化学机械抛光化学反应速率的参数:催化剂浓度、氧化剂浓度、抛光液的pH值、抛光液温度等进行了试验,研究了它们对基于芬顿反应的单晶SiC化学机械抛光效果的影响规律。发现只有当H_2O_2浓度高于20%、Fe_3O_4浓度高于1.25%时,增大... 选择影响化学机械抛光化学反应速率的参数:催化剂浓度、氧化剂浓度、抛光液的pH值、抛光液温度等进行了试验,研究了它们对基于芬顿反应的单晶SiC化学机械抛光效果的影响规律。发现只有当H_2O_2浓度高于20%、Fe_3O_4浓度高于1.25%时,增大H_2O_2、Fe_3O_4浓度,材料去除率才会显著越高,此时材料去除速率由化学液腐蚀速度与磨料机械去除速度共同决定;低于此范围时由磨料的机械作用决定。温度升高会加速H_2O_2分解,抑制羟基自由基·OH的生成,减缓化学腐蚀,降低材料去除率。当Fe_3O_4浓度、H_2O_2浓度、pH值、抛光液温度分别为1.25%、15%、7、41℃时,化学腐蚀与机械去除的协调性及磨料的分散性较好,表面粗糙度最低;当它们分别为5%、25%、9.3、15℃时,材料去除率最高。 展开更多

关键词 单晶碳化硅 化学机械抛光 芬顿反应 化学反应参数 材料去除率 表面粗糙度

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单晶SiC磁流变弹性抛光垫的磁控抛光性能研究

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作者 李晖龙 路家斌 +1 位作者 胡达 雒梓源 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期64-72,共9页

将智能可控材料磁流变弹性体(MRE)作为化学机械抛光中的抛光垫,研究不同磁控参数(颗粒类型、颗粒质量分数、颗粒粒径、固化磁场强度)的MRE抛光垫对单晶SiC的磁控抛光效果,并分析MRE抛光垫的磁控材料去除机制。结果表明:相比四氧化三铁... 将智能可控材料磁流变弹性体(MRE)作为化学机械抛光中的抛光垫,研究不同磁控参数(颗粒类型、颗粒质量分数、颗粒粒径、固化磁场强度)的MRE抛光垫对单晶SiC的磁控抛光效果,并分析MRE抛光垫的磁控材料去除机制。结果表明:相比四氧化三铁磁性颗粒,羰基铁粉(CIP)磁性颗粒制备的MRE抛光垫,在抛光SiC时材料去除率(MRR)提高了52.2%;CIP质量分数越大,抛光的MRR越大,表面粗糙度越小,抛光的表面质量越好,因为CIP质量分数高时具有更大的材料模量和更多的CIP颗粒接触;不同磁性颗粒粒径的MRE抛光垫磁控抛光效果差异并不大,粒径通过颗粒的大小和接触概率影响着抛光加工的去除效果,这和表面的接触状态有关;相比各向同性MRE,施加固化磁场制备的各向异性MRE能获得更好的磁控抛光效果;在固化磁场为140 mT时制备的MRE抛光垫具有最好的抛光效果,其在抛光磁场为335 mT的条件下,可使SiC的MRR相比无磁场抛光时提升31.0%,表面粗糙度下降50.0%。MRE抛光垫磁控抛光材料的去除机制为,外加磁场增加了MRE抛光垫的机械力学性能,磨料对SiC表面具有更大的切削力和正压力,从而能够获得更大的材料去除。 展开更多

关键词 单晶sic 磁流变弹性体抛光垫 磁控抛光 材料去除率 表面粗糙度 化学机械抛光

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基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究

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作者 胡达 路家斌 +2 位作者 阎秋生 骆应荣 雒梓源 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期123-131,共9页

针对化学机械抛光中抛光液的环境污染,提出一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC化学机械抛光方法.通过腐蚀实验和摩擦磨损实验,研究了电化学腐蚀单晶SiC的Si面腐蚀性能和磨损性能.通过对比Al、Cu、Fe金属在Na_(2)SO_(4)电解质溶液中对Si面... 针对化学机械抛光中抛光液的环境污染,提出一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC化学机械抛光方法.通过腐蚀实验和摩擦磨损实验,研究了电化学腐蚀单晶SiC的Si面腐蚀性能和磨损性能.通过对比Al、Cu、Fe金属在Na_(2)SO_(4)电解质溶液中对Si面的腐蚀性能,发现Al在Si面产生明显的腐蚀层,EDS和XPS检测证实该腐蚀产物为SiO_(2).采用摩擦磨损实验研究溶液组分对SiC的Si面磨损影响规律.结果表明,提高Na_(2)SO_(4)电解质溶液浓度能获得更大的磨损量,当Na_(2)SO_(4)电解质溶液浓度为1.00 mol/L时,得到最大为7.19µm^(2)的磨损量;在酸性的金属电化学腐蚀溶液中,Si面具有更好的材料去除性能,在pH=3时磨损量达到11.97µm^(2).单晶SiC的金属电化学腐蚀材料去除机制为阴极的Al金属发生电偶腐蚀反应产生腐蚀电流,促使阳极SiC表面氧化生成SiO_(2)氧化层,进而去除材料. 展开更多

关键词 化学机械抛光 单晶sic 金属电化学腐蚀 腐蚀性能 磨损性能

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基于磁控磨料定向的SiC固相芬顿反应研抛盘制备及性能研究

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作者 路家斌 曾帅 +2 位作者 阎秋生 熊强 邓家云 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期353-362,共10页

目的提出结合磁控磨料定向和固相芬顿反应的研抛方法,研制新型研抛盘,提高单晶Si C精密加工效率及表面质量。方法通过磁场控制磁性粒子形成的链串结构,促使磨料定向分布,制备研抛盘。利用研抛盘中的磁性粒子与过氧化氢发生的固相芬顿反... 目的提出结合磁控磨料定向和固相芬顿反应的研抛方法,研制新型研抛盘,提高单晶Si C精密加工效率及表面质量。方法通过磁场控制磁性粒子形成的链串结构,促使磨料定向分布,制备研抛盘。利用研抛盘中的磁性粒子与过氧化氢发生的固相芬顿反应生成羟基自由基(·OH),进而氧化单晶Si C,在其表面生成结合力小、硬度低的Si O_(2)氧化层。通过定向分布的磨料运动,去除氧化层,实现高效率、高表面质量的研抛加工。同时,研究磁场强度、磨料定向、固相芬顿反应及其协同作用对单晶Si C研抛性能的影响。结果选用在磁场强度为100 mT条件下制备的研抛盘研抛60 min后,Si C C面的粗糙度Ra由100 nm降为1.19 nm,材料去除率达到33.71 nm/min。单纯磨料定向作用使单晶Si C C面和Si面的材料去除率分别提高了60.23%和111.19%,单纯固相芬顿反应作用则分别提高了78.5%和100.09%,两者的协同作用使材料去除率分别提高了100%和144.55%,表面粗糙度Ra分别下降了345.83%和118.78%。结论新型研抛盘综合运用了固相芬顿反应的化学作用和磨料定向的机械去除作用,能大幅度提高材料去除率,获得较好的研抛质量,有望在单晶Si C的精研和抛光阶段得到较好的应用。 展开更多

关键词 单晶sic 磨料定向 固相芬顿反应 研抛盘 材料去除率 表面粗糙度

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Fe_(3)O_(4)特性对单晶SiC固相芬顿反应研磨丸片性能的影响

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作者 路家斌 曹纪阳 +2 位作者 邓家云 阎秋生 胡达 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2022年第2期223-232,共10页

为提高单晶SiC研磨加工质量和加工效率,制备固相芬顿反应研磨丸片,研究固相催化剂Fe_(3)O_(4)特性(粒径和质量分数)对研磨丸片的硬度、抗弯强度、气孔率、催化性能及其对单晶SiC研磨加工性能的影响。结果表明:随着Fe_(3)O_(4)粒径的增大... 为提高单晶SiC研磨加工质量和加工效率,制备固相芬顿反应研磨丸片,研究固相催化剂Fe_(3)O_(4)特性(粒径和质量分数)对研磨丸片的硬度、抗弯强度、气孔率、催化性能及其对单晶SiC研磨加工性能的影响。结果表明:随着Fe_(3)O_(4)粒径的增大,丸片的硬度和抗弯强度减小、气孔率增大、催化性能减弱,材料去除率M_(MRR)从43.12 nm/min降到36.82 nm/min,表面粗糙度R_(a)从1.06 nm增大到3.72 nm。随着Fe_(3)O_(4)质量分数的增大,丸片的硬度和抗弯强度减小、气孔率增大、催化性能增强,M_(MRR)从40.14 nm/min降到33.51 nm/min,表面粗糙度R_(a)先减小后增大,分别为3.25 nm、1.75 nm和1.88 nm。 展开更多

关键词 Fe_(3)O_(4)特性 固相芬顿反应研磨丸片 单晶sic 研磨加工

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单晶SiC基片的化学机械抛光技术研究进展 被引量：12

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作者 邓家云 潘继生 +2 位作者 张棋翔 郭晓辉 阎秋生 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2020年第1期79-91,共13页

单晶SiC因其优异的物理化学性质而成为重要的外延衬底材料,广泛应用于卫星通信、集成电路和消费电子等领域。衬底外延生长需要单晶SiC具有较低的加工表面损伤和残余应力的超光滑平坦表面,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响器... 单晶SiC因其优异的物理化学性质而成为重要的外延衬底材料,广泛应用于卫星通信、集成电路和消费电子等领域。衬底外延生长需要单晶SiC具有较低的加工表面损伤和残余应力的超光滑平坦表面,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响器件的性能。化学机械抛光(CMP)是目前实现单晶SiC基片超精密加工的一种常用且有效方法。我们综述了单晶SiC基片化学机械抛光加工的研究现状,根据加工原理进行归类并分析了各种类别的优缺点及运用局限,指出了其在化学机械抛光领域的发展前景。 展开更多

关键词 单晶sic 化学机械抛光 材料特性 去除机理

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面向单晶SiC原子级表面制造的等离子体辅助抛光技术 被引量：9

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作者 吉建伟 山村和也 邓辉 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期252-264,共13页

目前Si基半导体由于其自身材料特性的限制,已经越来越难以满足高速发展的现代电力电子技术对半导体器件的性能要求.SiC作为新一代半导体材料具有显著的性能优势,但由于其属于典型的难加工材料,实现SiC晶圆的高质量与高效率加工成为了推... 目前Si基半导体由于其自身材料特性的限制,已经越来越难以满足高速发展的现代电力电子技术对半导体器件的性能要求.SiC作为新一代半导体材料具有显著的性能优势,但由于其属于典型的难加工材料,实现SiC晶圆的高质量与高效率加工成为了推动其产业化应用进程的关键.本综述在回顾近年来SiC超精密加工技术研究进展的基础上,重点介绍了一种基于等离子体氧化改性的SiC高效超精密抛光技术,分析了该技术的材料去除机理、典型装置、改性过程及抛光效果.分析结果表明,该技术具有较高的去除效率,能够获得原子级平坦表面,并且不会产生亚表面损伤.同时针对表面改性辅助抛光技术加工SiC表面过程中出现的台阶现象,探讨了该台阶结构的产生机理及调控策略.最后对等离子体辅助抛光技术的发展与挑战进行了展望. 展开更多

关键词 单晶sic 原子及近原子尺度制造 等离子体 表面改性

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单晶碳化硅电化学机械抛光液的组分设计与优化

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作者 顾志斌 王浩祥 +2 位作者 宋鑫 康仁科 高尚 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2024年第5期675-684,共10页

单晶碳化硅具有高硬度和高化学惰性,化学机械抛光方法难以同时保证其加工效率和表面质量。电化学机械抛光具有较高的材料去除率,是加工碳化硅的一种有效方法。然而,目前针对碳化硅电化学机械抛光液的相关研究还较为缺乏。为此,首先通过... 单晶碳化硅具有高硬度和高化学惰性,化学机械抛光方法难以同时保证其加工效率和表面质量。电化学机械抛光具有较高的材料去除率,是加工碳化硅的一种有效方法。然而,目前针对碳化硅电化学机械抛光液的相关研究还较为缺乏。为此,首先通过单因素实验确定电化学机械抛光液中导电介质和磨粒种类,然后分析导电介质和磨粒浓度以及抛光液pH值对材料去除率和表面粗糙度的影响规律,最终确定抛光液的最佳参数。结果表明:在抛光液以NaCl为导电介质,SiO_(2)为抛光磨粒时,碳化硅具有较好的抛光效率和表面质量,其材料去除率和表面粗糙度随着NaCl浓度的增大而增大,随着磨粒浓度的增加先增大后趋于稳定;当NaCl浓度为0.6 mol/L、SiO_(2)质量分数为6%、抛光液pH值为7时,可以兼顾碳化硅抛光的材料去除率和表面粗糙度Sa,其值分别为2.388μm/h和0.514 nm。 展开更多

关键词 单晶碳化硅 电化学氧化 抛光液成分 表面粗糙度 材料去除率

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单晶SiC微切削机理分子动力学建模与仿真研究 被引量：3

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作者 王超 李淑娟 +2 位作者 柴鹏 严俊超 李言 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1648-1654,共7页

单晶Si C硬度高、脆性大,加工困难,在塑性域加工时处于纳米尺度才可明显改善表面质量、获得高的精度。而单晶Si C的切削机理研究使用有限元和实验方法,无法获得时间尺度在飞秒或皮秒下材料发生的变化。为此,采用分子动力学模拟方法,对单... 单晶Si C硬度高、脆性大,加工困难,在塑性域加工时处于纳米尺度才可明显改善表面质量、获得高的精度。而单晶Si C的切削机理研究使用有限元和实验方法,无法获得时间尺度在飞秒或皮秒下材料发生的变化。为此,采用分子动力学模拟方法,对单晶3C-Si C切削过程进行了建模和仿真,分析了在不同切削速度、切削深度下切削力的变化。研究结果表明:切削速度为50 m/s、100 m/s和200 m/s时对应的平均切向切削力为737.34 n N、635.29 n N和587.09 n N,单晶Si C表面采用合适的切削速度能减小切削过程的切削力。 展开更多

关键词 单晶sic 分子动力学 切削仿真 微切削机理

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单晶SiC电化学腐蚀及化学机械抛光 被引量：2

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作者 考政晓 张保国 +5 位作者 于璇 杨盛华 王万堂 刘旭阳 韦伟 马腾达 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第8期628-634,共7页

通过电化学工作站对4英寸(1英寸=2.54 cm)n型单晶SiC(4H-SiC)进行电化学腐蚀特性研究,采用36GPAW-TD单面抛光机对其Si面和C面进行了化学机械抛光(CMP)。结果表明,采用H2O2和NaClO作为氧化剂,均可促进SiC的电化学腐蚀并提高其抛光去除速... 通过电化学工作站对4英寸(1英寸=2.54 cm)n型单晶SiC(4H-SiC)进行电化学腐蚀特性研究,采用36GPAW-TD单面抛光机对其Si面和C面进行了化学机械抛光(CMP)。结果表明,采用H2O2和NaClO作为氧化剂,均可促进SiC的电化学腐蚀并提高其抛光去除速率,其促进作用与氧化剂浓度和抛光液的pH值密切相关。选择含体积分数5%的H2O2、pH值为12的SiO2抛光液对SiC进行CMP,得到的Si面抛光速率可以达到285.7 nm/h。在含H2O2抛光液中引入适量的NaNO3和十二烷基硫酸钠,SiC表现出较高的腐蚀电位绝对值和去除速率。在H2O2和NaClO抛光液体系中,SiC的去除速率与其腐蚀电位的绝对值正相关,该结果对实际应用有一定的借鉴意义。 展开更多

关键词 单晶sic 电化学腐蚀 化学机械抛光(CMP) 氧化剂 去除速率

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单晶SiC抛光用磁流变液稳定性研究及应用 被引量：1

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作者 童和平 张香红 +1 位作者 张洲 谢波 《机电工程技术》 2018年第2期126-129,共4页

磁流变液是一种新型的流变特性可控的智能液体,具有较强剪切效应而广泛应用于航空航天等领域。通过改性羰基铁粉和原始羰基铁粉性能的试验对比,得出改性羰基铁粉可以改变抗沉降、团聚稳定性等性能,提高磁流变液的稳定性,进而改善单晶Si... 磁流变液是一种新型的流变特性可控的智能液体,具有较强剪切效应而广泛应用于航空航天等领域。通过改性羰基铁粉和原始羰基铁粉性能的试验对比,得出改性羰基铁粉可以改变抗沉降、团聚稳定性等性能,提高磁流变液的稳定性,进而改善单晶SiC基片的抛光质量。 展开更多

关键词 磁流变液 单晶sic 稳定性 羰基铁粉

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单晶碳化硅接触中亚表层损伤与破坏机理的原子尺度分析

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作者 王胜 周俏亭 +1 位作者 占慧敏 陈晶晶 《材料研究学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期943-951,共9页

基于分子动力学的Vashishta势函数研究了碳化硅纳米压痕受载诱导产生的位错环演变特征、相变转化数额和接触力学性能,分析了极端使役温度对其亚表层损伤行为和接触力学性能的影响。结果表明:碳化硅材料亚表层损伤主要以位错形核、位错... 基于分子动力学的Vashishta势函数研究了碳化硅纳米压痕受载诱导产生的位错环演变特征、相变转化数额和接触力学性能,分析了极端使役温度对其亚表层损伤行为和接触力学性能的影响。结果表明:碳化硅材料亚表层损伤主要以位错形核、位错堆积和位错滑移方式发生塑性变形,接触时的位错环历经位错形核、位错环生成增大、位错环繁衍增殖和位错环脆断等四个阶段。较高的使役温度,使碳化硅材料的最大承载性、硬度、杨氏模量和接触刚度曲线呈类抛物线趋势下降。其主要原因是,温度越高碳化硅晶格点阵越容易摆脱原子键能的束缚而产生晶格点阵缺陷,位错的产生导致材料亚表层发生应力集中,最终使碳化硅材料接触时的力学性能大大降低。此外,亚表层应力集中也使碳化硅材料内相变结构由立方碳化硅向闪锌矿碳化硅类型转变。随着温度的升高立方碳化硅和闪锌矿碳化硅的相变结构随之增多。另外,半导体器件中的碳化硅受载时发生的相变对使役温度的依赖极为显著。温度升高引起碳化硅晶格相变和表面随机粗糙斑点的产生,是产生接触黏着的主要原因。 展开更多

关键词 无机非金属材料 亚表层损伤 单晶碳化硅 接触力学性能 位错环

原文传递

杂质和缺陷对SiC单晶导热性能的影响 被引量：1

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作者 綦正超 许庭翔 +1 位作者 刘学超 王丁 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第5期816-824,共9页

目前关于SiC单晶室温的导热性能,以及导热特性随温度的变化方面的研究报道还存在较大的差异,有关SiC单晶热导率的研究主要是沿c轴<0001>晶向或者垂直于c轴的某一晶向进行的,无法有效地解释热导率的各向异性。本文研究了4H-SiC和6H... 目前关于SiC单晶室温的导热性能,以及导热特性随温度的变化方面的研究报道还存在较大的差异,有关SiC单晶热导率的研究主要是沿c轴<0001>晶向或者垂直于c轴的某一晶向进行的,无法有效地解释热导率的各向异性。本文研究了4H-SiC和6H-SiC单晶<1100>,<1120>,<0001>三个不同晶向上热导率以及其随温度的变化。对SiC单晶切割分别得到沿<1100>,<1120>,<0001>晶向的样品,尺寸为∅12.7 mm×3 mm,利用闪光法对样品测试得到热扩散系数,通过计算获得了SiC单晶不同晶向的热导率数值,采用辉光放电质谱仪(GDMS)和扫描电子显微镜(SEM)进行了杂质和缺陷表征。实验结果表明,SiC晶体<1100>,<1120>,<0001>三个晶向的热导率随温度升高而下降,沿<0001>晶向的SiC样品热导率最小;含有较高杂质离子浓度的6H-SiC样品热导率高于4H-SiC样品;缺陷相比杂质对SiC晶体导热性能影响更大,缺陷是SiC热导率具有各向异性的主要原因。 展开更多

关键词 碳化硅单晶 热导率 杂质 缺陷 晶向 结晶质量

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在MEVVA源中银离子注入单晶6Hα—SiC的研究

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作者 汪泓宏 卢东晖 刘正昕 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 1996年第4期193-198,共6页

室温下在５０ｋＶ电压的ＭＥＶＶＡ离子源中用不同剂量的银离子注入到单晶６Ｈａ－ＳｉＣ中，对未注入和注入的ＳｉＣ样品进行了显微硬度和压坑的扫描电子显微镜观察，并研究了其拉曼谱、卢瑟福背散射谱和Ｘ光电子能谱等。硬度、拉曼谱... 室温下在５０ｋＶ电压的ＭＥＶＶＡ离子源中用不同剂量的银离子注入到单晶６Ｈａ－ＳｉＣ中，对未注入和注入的ＳｉＣ样品进行了显微硬度和压坑的扫描电子显微镜观察，并研究了其拉曼谱、卢瑟福背散射谱和Ｘ光电子能谱等。硬度、拉曼谱和ＳＥＭ试验综合说明Ａｇ＋注入使ＳｉＣ晶体由脆性状态转变成韧性状态，在ＳｉＣ样品上已形成一层非晶态层，非晶态形成的最低剂量约为１０１４－１０１５Ａｇ＋／ｃｍ２。注入５×１０１６Ａｇ＋／ｃｍ２的Ａｇ３ｄ５／２峰的ＸＰＳ谱说明在ＳｉＣ的注入层中，Ａｇ以金属状态存在。根据ＭＥＶＶＡ离子源产生多电荷态银离子的特点，讨论了本实验研究的结果，并与文献的结果进行了比较。 展开更多

关键词 离子源 离子注入 银 陶瓷 非晶态 碳化硅

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