铌酸锂晶体的研磨损伤层研究

研究了铌酸锂晶体在研磨过程中产生的表面损伤层.首先通过激光共聚焦显微镜观察了研磨后晶体的表面形貌,通过原子力显微镜测试了研磨后晶体表面的粗糙度,分别通过角度抛光法及直接抛光层层去除的方法测量了损伤层的深度.分析了损伤层的组成及影响因素,对优化研磨工艺参数、提高研磨效率具有指导意义.     

低亚表面损伤的YCOB晶体超精密抛光

通过选择合适的研磨剂、抛光垫以及抛光材料,采用机械抛光与CMP抛光相结合的方法对应用于高激光损伤阈值的薄膜基体材料YCOB晶体进行表面加工.通过优化研磨抛光工艺后得到超光滑晶体表面,样品表面在125μm×94μm的范围内粗糙度RMS值达到0.6 nm,同时具有非常低的亚表面损伤层,经过超声清洗和有机溶剂刻蚀后,在高倍显微镜下无明显划痕.     

锑化铟晶体材料的发展及应用

锑化铟(InSb)晶体材料自发现伊始,基于其独特的物理化学性质和优良的工艺兼容性,成为了半导体材料领域研究的热点。近几十年来,由于其在红外探测领域的应用前景,更是深受国内外研究机构的广泛关注和重视,技术发展迅速。目前,InSb晶体材料作为制备高性能中波红外探测器的首选材料,应用前景和商业需求巨大,基于InSb晶体材料的红外探测器的快速发展更是大大提升了红外系统的性能,促进了红外技术在军民领域的广泛应用。本文主要介绍了InSb晶体材料的性质,梳理了国内外各公司及研究机构关于InSb晶体材料的研究进展,以及其在红外探测领域的应用情况,对其发展前景和趋势进行了展望。     

用于GaN薄膜生长的γ-LiAlO2晶体基片制备工艺研究

研究了铝酸锂晶体的化学机械抛光工艺.自制了SiO2悬浮液作为抛光剂,主要研究抛光过程中抛盘转速、抛光时间以及抛光压力等系列抛光工艺参数对抛光晶片表面质量的影响规律.通过优化抛光工艺参数获得了适宜制备氮化镓薄膜的铝酸锂晶体基片,最小的表面粗糙度为2.695 nm.结合氮化镓薄膜的制备条件,对抛光好的铝酸锂晶体基片采用退火的方法去除生长态晶体的热应力和机械应力.利用扫描电子显微镜研究了退火后晶片的表面质量,同时用激光共聚焦技术研究了晶体表面腐蚀坑的三维形貌.退火处理导致了铝酸锂晶体表面腐蚀坑的数目和深度增加.随着退火温度的升高和退火的保温时间的增加,铝酸锂晶体中锂元素挥发,晶体表面质量下降.但是适当的保温时间能够改善铝酸锂晶体的完整性,释放在晶体生长和试样制备过程中存在的热应力和机械应力,改善了晶体质量.     

CdZnTe平面核辐射探测器研究

采用垂直Bridgman方法生长的CdZnTe晶体,定向切割成12 mm×7 mm×2.5 mm单晶片.通过研磨、抛光、腐蚀、电极制备、钝化、退火等一系列工艺,制成了Au/CdZnTe/Al平面探测器.重点研究了快速退火对电极接触特性的影响.测试了Au/CdZnTe/Al平面探测器的能谱响应特性.结果表明:在室温偏压为350 V条件下,探测器的241Am 59.54 keV光谱能量分辨为3.95;(2.35 keV FWHM).     

SiC晶片研磨加工亚表面损伤深度的研究

SiC晶片研磨加工表面层损伤深度直接影响后续抛光加工的成本和效率,但SiC单晶是典型的难加工材料,亚表面损伤检测极为困难.文中利用截面显微检测技术对SiC晶片研磨加工亚表面损伤深度进行了检测分析,并研究了研磨方式、工艺参数对损伤深度的影响及晶片上损伤深度的分布规律.结果表明,同样的研磨工艺参数条件下,固结磨料研磨SiC晶片损伤深度略小于游离磨料研磨晶片的损伤深度.固结磨料研磨时,随着磨料粒度从W7增大到W28,损伤深度由3.0 μm增大到4.7 μm.随着研磨压力从1 psi增大到3 psi,晶片损伤深度从4.1 μm增大到4.9 μm.在整个晶片上,损伤深度由中心向边缘沿径向逐渐增大,增大幅度约为0.6～1.0 μm.     

硒化锌的化学机械抛光研究

采用化学机械抛光(CMP)的方法,自制抛光液作为研磨介质,对(50×50×1.5)mm3硒化锌(ZnSe)晶片抛光.通过分析抛光液的pH值、抛光盘转速、抛光液的磨料浓度、压力、抛光时间和抛光液流量等参数对CMP的影响,组合出最佳工艺参数,并通过原子力显微镜和平晶测试方法对最佳工艺参数获得的ZnSe晶片进行测试,实验结果显示,ZnSe晶片抛光后的表面粗糙度Ra为0.578 nm,平面面形误差小于1.8 μm.     

大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术

碲锌镉(CdZnTe)晶体性能优越,是高性能碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜的首选衬底材料。双面抛光是一种加工质量较高的碲锌镉晶片表面抛光方式,其具有效率高、平整度好、晶片应力堆积少的优点。但当碲锌镉晶片尺寸增大后,其加工难度也随之上升,易出现碎片多、加工速率慢、表面平整度差等问题。本文开展了大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术研究,深入分析了面积大于50 cm²的非规则碲锌镉晶片双面抛光工艺中,不同参数对抛光质量的影响,通过模拟并优化晶片运动轨迹,优化抛光液磨粒粒型、抛光压力、抛光液流量等抛光工艺参数,实现了具有较高抛光速率和较好表面质量的大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光加工,对进一步深入研究双面抛光技术有着重要意义。     

大直径铌酸锂晶片的化学机械抛光研究

本文采用化学机械抛光方法,以SiO2作为抛光液的研磨介质,对76mm Z切向的铌酸锂晶片的抛光进行了深入的研究.分析了影响铌酸锂晶片抛光效果的因素,通过优化工艺参数,使铌酸锂的表面粗糙度Ra达到0.387nm,平面面形误差小于4μm.     

碳化硅晶圆的表面/亚表面损伤研究进展

表面无损伤、粗糙度低的半导体碳化硅(4H-SiC)衬底是制造电力电子器件和射频微波器件的理想衬底材料，在新能源、轨道交通、智能电网和5G通信等领域具有广阔的应用前景。4H-SiC衬底的加工过程包括切片、减薄、研磨、抛光和清洗，在4H-SiC衬底加工过程中引入的表面/亚表面损伤均严重影响材料性能、同质外延薄膜性质，以及器件性能和可靠性。本文将重点介绍4H-SiC晶片在切片、减薄、研磨、抛光等各个加工环节中表面/亚表面损伤的形成和去除机制，基于4H-SiC晶圆表面/亚表面损伤的检测方法，综述亚表面损伤的形貌和表征参量，并简单介绍三种常见的亚表面损伤的消除方法，分析其技术优势和发展瓶颈，对去除亚表面损伤工艺的发展趋势进行了展望。     

SiC籽晶表面状态对晶体质量的影响

为了研究表面状态对晶体质量的影响,本文分别采用腐蚀后抛光与未抛光的晶片作为籽晶,利用金相显微镜对所得晶体进行了显微观察,结果表明:经过腐蚀后抛光的籽晶生长出的晶体质量高于未抛光籽晶所得晶体;生长前端的位错尺寸以及数量小于未抛光籽晶,说明抛光去除了部分表面浅的缺陷腐蚀坑,同时减小深腐蚀坑的尺寸,使得籽晶生长表面的缺陷密度和尺寸大大降低,有助于减少后期生长的晶体中的缺陷密度,提高结晶质量.     

Heteroepitaxy of InSb films grown on a Si(0 0 1) substrate with AlSb buffer layer

The growth of InSb films on a Si(0 0 1) substrate with AlSb buffer layer was performed in an ultra high vacuum chamber (UHV) by a co-evaporation of elemental Indium (In) and antimony (Sb) sources. The samples were characterized by Auger electron spectroscopy (AES), X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM). The surface morphology and the crystal quality of the grown films strongly depend on the flux ratio of Sb/In. It is found that the optimized flux ratio for the one-step growth procedure is about 2.9 to obtain the InSb films with smooth surface and good crystal quality, for the growth temperature of 300 °C. The two-step growth procedure was also used to further improve the crystal quality of the films.     

大尺寸单晶金刚石磨抛一体化加工研究

金刚石因其优异的物理性质被视为下一代半导体材料,然而其极高的硬度、脆性和耐腐蚀性导致其加工困难,尤其是对于大尺寸的化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)单晶金刚石(SCD)晶片而言,目前还缺乏一种高效、低成本的磨抛加工方法。本文提出一种基于工件自旋转的同心双砂轮磨抛一体化加工技术,在一次装夹中,先采用金刚石磨料的陶瓷内圈砂轮磨削单晶金刚石晶片表面,将单晶金刚石表面迅速平坦化,后采用金刚石与CuO混合磨料的外圈溶胶-凝胶(sol-gel,SG)抛光轮抛光单晶金刚石晶片表面,使其在较短时间内完成从原始生长面(Sa约46 nm)到原子级表面精度(Sa＜0.3 nm)的加工。磨削加工中,硬质金刚石磨料的陶瓷砂轮高速划擦金刚石晶片表面,在强机械作用下获得较大的材料去除以及纳米级的光滑单晶金刚石表面,同时引起进一步的表面非晶化;SG抛光加工中,硬质金刚石磨料高速划擦单晶金刚石表面形成高温高压环境,进一步诱导CuO粉末与单晶金刚石表面的非晶碳发生氧化还原反应,实现反应抛光。磨抛一体化的加工技术为晶圆级的单晶、多晶金刚石的工业化生产提供借鉴。     

无位错Te-GaSb(100)单晶抛光衬底的晶格完整性

采用液封直拉(LEC)法批量生长的直径2英寸(1英寸=2.54 cm)n型Te-GaSb(100)单晶的位错腐蚀坑密度(EPD)通常低于300 cm^-2,达到无位错水平。本文利用X射线摇摆曲线以及倒易空间图(RSM)对这种GaSb单晶抛光衬底的晶格完整性和亚表面损伤情况进行了分析表征,结果表明经过工艺条件优化的化学机械抛光处理,GaSb单晶衬底表面达到原子级光滑,不存在亚表面损伤层。利用分子束外延在这种衬底上可稳定生长出高质量的Ⅱ类超晶格外延材料并呈现出优异的红外探测性能。在此基础上,对CaSb衬底材料的物性、生长制备和衬底加工条件之间的内在关系进行了综合分析。     

4 inch低位错密度InP单晶的VGF生长及性质研究

采用高压垂直温度梯度凝固法(VGF)生长了非掺、掺硫和掺铁的4 inch直径(100)InP单晶,获得的单晶的平均位错密度均小于5000 cm-2.对4 inch InP晶片上进行多点X-射线双晶衍射测试, 其(004)X-射线双晶衍射峰的半峰宽约为30弧秒且分布均匀.与液封直拉法(LEC)相比, VGF-InP单晶生长过程的温度梯度很低,导致其孪晶出现的几率显著增加.然而大量晶体生长结果表明VGF-InP晶锭上出现孪晶后,通常晶体的生长方向仍为(100)方向,这确保从生长的4 inchVGF-InP(100)晶锭上仍能获得相当数量的2~4 inch(100)晶片.由于铁在InP中的分凝系数很小,掺Fe-InP单晶VGF生长过程中容易出现组份过冷,导致多晶生长.通过控制生长温度梯度及掺铁量,可获得较高的掺铁InP单晶成晶率.对VGF-InP单晶的电学性质、位错密度及位错的分布特点、晶体完整性等进行了研究.     

Surface preparation of AlN substrates

The Al‐polar surfaces of AlN wafers cut from physical vapor transport grown crystals were lapped and polished. Polishing procedures were developed to produce surfaces for epitaxial growth. The surface scratches and subsurface damage caused by mechanical polishing were removed by a final chemical mechanical polishing (CMP) process, which yielded a perfect surface ready for epitaxial growth. After CMP the average root mean square surface roughness on a 5 µm × 5 µm area was 0.1 nm. Characterization of the polished surfaces by electron back scatter diffraction and cathodoluminescence showed no subsurface damage. The difference of orientation dependent material removal rate during CMP went up with the increase of the misorientation from (0001) surface. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Highly uniform growth in a low-pressure MOVPE multiple wafer system

A novel horizontal metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) system, which is capable of handling six 3 inch wafers or eighteen 2 inch wafers mounted on a 10 inch diameter susceptor, has been developed for the growth of III–V compound semiconductors. The characteristic features in this system are “triple flow channel” gas injection and “face-down” wafer setting configuration. The inlet for the source gas flow is divided into three zones (upper, middle and lower flows for hydrides, organometals and hydrogen, respectively) to control the concentration boundary layer and the growth area. The wafers are placed inversely to prevent thermal convection and particles on the growing surface. The independent controlled three-part heating system is also adopted to achieve a uniform temperature distribution over an 8 inch growing surface. The thickness and the doping of GaAs, Al_0.3Ga_0.7As, In_0.48Ga_0.52P and In_0.2Ga_0.8As grown by this system are uniform within ± 2% over all 3 inch wafers.     

清洗方法对KDP晶体抛光表面质量的影响

为了提高KDP晶体的表面质量,减少清洗时新损伤的引入,降低清洗过程对抛光后晶体表面质量的影响,本文采用超声波、酒精棉、擦镜纸以及酒精棉与擦镜纸相结合的方法,对抛光后的KDP晶体表面进行了清洗.利用光学显微镜对不同清洗方法得到的表面质量进行检测对比.结果表明,酒精棉与擦镜纸相结合进行清洗为较理想的清洗方法,可以有效防止清洗中存在的表面潮解及新划痕的引入,清洗后的抛光表面粗糙度Ra为2.152 nm.