偏振激光散射检测单晶硅片磨削后的亚表面微裂纹
发布时间：2021-01-31 01:59
单晶硅片在磨削过程中会不可避免地产生亚表面微裂纹损伤。采用偏振激光散射检测方式对单晶硅片亚表面微裂纹损伤进行无损检测,得到其对应的检测信号强度,再利用有损检测方式对单晶硅片亚表面微裂纹损伤体积密度进行定量测定,建立检测信号强度与体积密度之间的对应关系并进行试验验证。结果表明:采用偏振激光散射检测方式得到的硅片亚表面微裂纹体积密度与有损检测方式的比较,其相对误差在10%以内;在不影响生产效率的前提下,偏振激光散射检测方式能无损、准确、快速地检测硅片的亚表面微裂纹。
【文章来源】：金刚石与磨料磨具工程. 2020,40(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
偏振激光散射检测装置及原理
偏振激光散射检测信号如图2所示,检测信号波动是因为检测信号被外界条件(温度、湿度、噪声等)干扰。取图2中纵轴最大最小电压值的均值作为对应的检测信号强度值,其值为0.41 mV,表明被磨削硅片在该处的亚表面微裂纹对应的检测信号强度为0.41 mV。为了得到检测信号强度对应的亚表面微裂纹信息,需要结合有损检测方式进行定量处理,从而确定检测信号强度与亚表面微裂纹信息之间的关系。1.3 亚表面微裂纹的有损检测
在检测过程中,观测到了不同深度下的硅片亚表面微裂纹。为了定量表征硅片磨削面下不同深度处的微裂纹损伤程度,对不同深度处的亚表面微裂纹显微观测图像进行二进制阈值处理,将图像区域内的微裂纹设置为黑色,非裂纹基体设置为白色,可以得到微裂纹总面积与图像总面积的比值,作为是该深度处的亚表面微裂纹面积密度[17]。另外,由于硅片亚表面微裂纹在剥层及腐蚀处理后张开,在硅片中占有一定空间,在这种情况下,将一定深度损伤层内的微裂纹总体积与基体总体积的比值作为该深度损伤层的微裂纹体积密度。由于有损检测直接得到的是微裂纹面积密度,而无损检测得到的检测信号强度是偏振激光在亚表面总微裂纹内散射产生的,对应微裂纹体积密度。因此,为了建立无损检测信号强度与微裂纹体积密度之间的联系,需要得到微裂纹面积密度与微裂纹体积密度之间的关系,这将通过试验构建微裂纹面积密度和微裂纹深度的关系来进行。由于检测过程中需要化学腐蚀使亚表面微裂纹暴露出来,而腐蚀时间对微裂纹面积密度统计有很大影响。因此,要研究腐蚀时间对亚表面微裂纹面积密度统计的影响。在温度与湿度等外界条件保持不变的条件下,观测的同一试样亚表面微裂纹在不同腐蚀时间下的变化如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Methods for Detection of Subsurface Damage:A Review[J]. Jing-fei Yin,Qian Bai,Bi Zhang. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(03)
[2]单晶硅电火花线切割表面损伤层形成机理[J]. 刘志东,高连,邱明波,田宗军,汪炜. 航空学报. 2012(01)
[3]硅片自旋转磨削损伤深度的试验研究[J]. 张银霞,李延民,郜伟,康仁科. 金刚石与磨料磨具工程. 2008(04)
[4]大直径硅片超精密磨削技术的研究与应用现状[J]. 康仁科,田业冰,郭东明,金洙吉. 金刚石与磨料磨具工程. 2003(04)
博士论文
[1]光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D]. 王卓.国防科学技术大学 2008
[2]单晶硅片超精密磨削加工表面层损伤的研究[D]. 张银霞.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]偏振光在散射介质中的传输特性分析[D]. 张编妹.合肥工业大学 2018
[2]切割单晶及多晶硅片表面层损伤研究[D]. 徐宗胜.大连理工大学 2013
[3]光学表面亚表层损伤检测技术研究[D]. 王春慧.西安工业大学 2010
本文编号：3010003
【文章来源】：金刚石与磨料磨具工程. 2020,40(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
偏振激光散射检测装置及原理
偏振激光散射检测信号如图2所示,检测信号波动是因为检测信号被外界条件(温度、湿度、噪声等)干扰。取图2中纵轴最大最小电压值的均值作为对应的检测信号强度值,其值为0.41 mV,表明被磨削硅片在该处的亚表面微裂纹对应的检测信号强度为0.41 mV。为了得到检测信号强度对应的亚表面微裂纹信息,需要结合有损检测方式进行定量处理,从而确定检测信号强度与亚表面微裂纹信息之间的关系。1.3 亚表面微裂纹的有损检测
在检测过程中,观测到了不同深度下的硅片亚表面微裂纹。为了定量表征硅片磨削面下不同深度处的微裂纹损伤程度,对不同深度处的亚表面微裂纹显微观测图像进行二进制阈值处理,将图像区域内的微裂纹设置为黑色,非裂纹基体设置为白色,可以得到微裂纹总面积与图像总面积的比值,作为是该深度处的亚表面微裂纹面积密度[17]。另外,由于硅片亚表面微裂纹在剥层及腐蚀处理后张开,在硅片中占有一定空间,在这种情况下,将一定深度损伤层内的微裂纹总体积与基体总体积的比值作为该深度损伤层的微裂纹体积密度。由于有损检测直接得到的是微裂纹面积密度,而无损检测得到的检测信号强度是偏振激光在亚表面总微裂纹内散射产生的,对应微裂纹体积密度。因此,为了建立无损检测信号强度与微裂纹体积密度之间的联系,需要得到微裂纹面积密度与微裂纹体积密度之间的关系,这将通过试验构建微裂纹面积密度和微裂纹深度的关系来进行。由于检测过程中需要化学腐蚀使亚表面微裂纹暴露出来,而腐蚀时间对微裂纹面积密度统计有很大影响。因此,要研究腐蚀时间对亚表面微裂纹面积密度统计的影响。在温度与湿度等外界条件保持不变的条件下,观测的同一试样亚表面微裂纹在不同腐蚀时间下的变化如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Methods for Detection of Subsurface Damage:A Review[J]. Jing-fei Yin,Qian Bai,Bi Zhang. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(03)
[2]单晶硅电火花线切割表面损伤层形成机理[J]. 刘志东,高连,邱明波,田宗军,汪炜. 航空学报. 2012(01)
[3]硅片自旋转磨削损伤深度的试验研究[J]. 张银霞,李延民,郜伟,康仁科. 金刚石与磨料磨具工程. 2008(04)
[4]大直径硅片超精密磨削技术的研究与应用现状[J]. 康仁科,田业冰,郭东明,金洙吉. 金刚石与磨料磨具工程. 2003(04)
博士论文
[1]光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D]. 王卓.国防科学技术大学 2008
[2]单晶硅片超精密磨削加工表面层损伤的研究[D]. 张银霞.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]偏振光在散射介质中的传输特性分析[D]. 张编妹.合肥工业大学 2018
[2]切割单晶及多晶硅片表面层损伤研究[D]. 徐宗胜.大连理工大学 2013
[3]光学表面亚表层损伤检测技术研究[D]. 王春慧.西安工业大学 2010
本文编号：3010003
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3010003.html
