砷化镓表面运动约束刻蚀抛光实验与仿真研究

发布时间：2019-07-26 10:25

【摘要】：随着光学制造技术与微电子技术的发展,应用领域对材料表面损伤与缺陷的限制越来越严格。以砷化镓单晶片为例,为保证经过外延生长、离子注入后的材料性能,需要表面晶格完整、残余应力与损伤尽可能少。现有抛光工艺技术往往需要复杂的工艺过程来满足这些要求,探索新型的低应力、无损伤抛光方法对高端制造业有非常重要的意义。约束刻蚀剂层技术(Confined Etchant Layer Technique,CELT)作为一种具有距离敏感性的新型电化学微纳加工方法,从原理上可以实现材料表面的非接触抛光平整加工。运动模式下约束刻蚀剂层技术可以实现材料的局部抛光和全局抛光加工,但是运动引起的流场状态改变会显著影响加工效果。本文首先从原理上对CELT抛光加工过程中各种工艺条件和影响因素对抛光效果的影响进行了分析和假设。在现有CELT微结构加工工艺基础上,制作了用于抛光加工的刀具电极,搭建了用于运动约束刻蚀抛光的微纳电化学加工平台,确定并实现了准一维刀具电极往复平动抛光加工方法。在此基础上,选定运动工艺参数进行多因素实验方案设计。使用中心复合设计拟定了三组工艺实验,对电极运动速度、电极与基底间工作距离、加工时间以及溶液配比进行了实验研究。使用响应面法分析了上述工艺参数对加工后表面的面形精度、表面粗糙度以及加工的材料去除率的影响规律。借助光学显微镜和原子力显微镜对加工前后表面的形貌进行了测量和表征分析。同时,本文借助多物理场有限元分析手段,建立加工过程瞬态分析模型,实现对加工过程中溶液内部动态行为的跟踪分析。仿真结果与实验结果取得了较好的一致性。从微观角度揭示了实验过程出现的规律性现象的内在原因。本文对运动参数作用机制的研究成果将为下一步工艺参数的组合优化工作奠定基础,将进一步推进约束刻蚀抛光平整方法的研究工作。此外,对运动流场中的电极过程传质行为的研究结果可以为其他电化学加工方法的加工研究提供借鉴和参考。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN305.2
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本文编号：2519508