68 / 2021-05-15 15:34:00

新型复合磨粒抛光SiC时的磨损优化特性

单晶SiC是用于制备高温、高频、高压等大功率器件的新一代半导体材料，在5G通讯、新能源汽车、智能电网、高速轨道交通等领域具有诱人的应用前景。化学机械抛光是SiC最为成熟的平整加工方式，但是抛光液中硬质磨粒的存在会对试件造成机械损伤，从而严重降低甚至破坏器件的性能。为了改善这种现象，本文用原位化学沉淀方法制备出了新型的核壳颗粒形式的复合磨粒（把传统氧化铈磨粒包覆在聚苯乙烯核上），并研究了复合磨粒及其包覆层厚度对SiC抛光效果的影响。结果表明，与传统磨粒相比，复合磨粒可以在保证抛光效率的前提下大幅度提高抛光质量；随着包覆层厚度的增加，抛光质量逐渐变差，抛光效率逐渐增加然后轻微下降。为了解释复合磨粒影响抛光效果的机制，本文建立了计算复合磨粒弹性模量的数学模型，并根据压痕深度理论和接触面积理论建立了包覆层厚度影响抛光质量和抛光效率的数学模型。结果表明，随着包覆层厚度的增加，复合磨粒的弹性模量减小，导致抛光过程中复合磨粒与试件的接触面积增大，从而优化了磨粒与试件间的机械磨损特性，降低了对试件造成的机械损伤；接触面积的增大还弥补了减小的接触应力对抛光效率降低的现象。