基于芬顿反应的单晶SiC化学腐蚀层纳米力学特性研究

发布时间：2017-05-23 18:15

  本文关键词：基于芬顿反应的单晶SiC化学腐蚀层纳米力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文主要利用纳米压痕实验法与纳米划痕实验法,对基于芬顿反应的化学机械抛光腐蚀液催化剂进行优选,检测单晶SiC芬顿反应腐蚀层表面的力学性能与材料表面的微观形貌,从机理上对化学机械抛光进行理论研究。本论文的主要研究内容和结论包括以下几个方面：使用五种不同价态的铁元素化合物作为催化剂,经过芬顿反应制备腐蚀样品,利用纳米压痕实验法,从材料力学角度测定不同深度的硬度、弹性模量,试图寻找腐蚀效果最佳的铁化合物催化剂。随后采用x射线衍射仪(XRD)分析腐蚀后单晶SiC样品的结构变化,使用扫描电子显微镜(SEM)口能谱仪(EDS)检测腐蚀后的表面微观形貌以及化学成分。进一步确定不同催化剂产生的腐蚀层产物的一致性,理论分析和测试结果一致确认腐蚀层为Si02,硬度为2GPa左右,远低于单晶SiC的39GPa。寻找出腐蚀效果最佳的单晶SiC芬顿反应的催化剂,发现催化效果排列顺序为Fe3O4FeOFeSO4Fe2(SO4) 3Fe2O3,印证了在芬顿反应中Fe2+做主导作用,Fe3+做辅助作用,五种催化剂中Fe304的腐蚀效果最好效率最高。通过控制芬顿反应腐蚀时间的长短,结合纳米压痕实验法在软膜硬基底上的基底效应的影响,分析单晶SiC抛光片表面芬顿反应产生的腐蚀层厚度与时间的对应关系。腐蚀反应从1min开始就对单晶SiC表面的力学性能产生了影响,并生成了腐蚀层,SiC表面的腐蚀层的厚度随着时间的增加在不断的增加。采用箱形图,对芬顿反应生成的腐蚀层的厚度分析,为后续协调化学机械抛光过程中化学反应与机械反应的协同作用奠定基础。采用纳米划痕实验方法进行测量腐蚀层与基底间的临界附着力的研究,选取原始单晶SiC抛光片作对比。分别设计了不同腐蚀时间对临界附着力影响的实验,以及不同划痕速度对临界附着力影响的实验。分析发现腐蚀层的厚度对于腐蚀层与基底间的附着力没有影响。不同厚度的腐蚀层,剥离其所需要的载荷即临界载荷在划痕速度确定的情况下是固定不变的。当划痕的速度发生变化时,临界载荷的数值也将相应发生改变,划痕的速度越小,所需要的临界载荷越大,反之亦然。研究结果为化学机械抛光过程中芬顿反应与抛光盘载荷的协同作用提供理论依据。
【关键词】：纳米压痕 纳米划痕 单晶SiC 芬顿反应 催化剂
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.24
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 课题的来源和意义14-15
• 1.1.1 课题的来源14
• 1.1.2 课题研究的背景及意义14-15
• 1.2 SiC晶片超精密加工现状15-18
• 1.2.1 单晶SiC材料15-16
• 1.2.2 单晶SiC抛光片加工的现状16-18
• 1.3 纳米压痕技术法研究薄膜结构现状18-21
• 1.3.1 纳米力学测试技术的发展18-20
• 1.3.2 薄膜材料纳米力学性能的表征手段20-21
• 1.3.3 不同厚度的薄膜判定现状21
• 1.4 纳米划痕法研究附着力现状21-22
• 1.5 论文内容安排22-24
• 第二章 实验器材及研究方法24-40
• 2.1 腐蚀反应原理及实验材料24-25
• 2.1.1 单晶SiC芬顿(Fenton)反应原理24-25
• 2.1.2 实验材料25
• 2.2 纳米压痕实验25-33
• 2.2.1 纳米压痕实验仪器25-26
• 2.2.2 纳米压痕实验原理26-28
• 2.2.3 腐蚀层厚度的推算方法28-33
• 2.3 纳米划痕实验33-34
• 2.3.1 纳米划痕实验器材33
• 2.3.2 纳米划痕粘附特性测试原理33
• 2.3.3 纳米划痕实验过程33-34
• 2.4 实验设计34-36
• 2.4.1 单晶SiC抛光片腐蚀前的准备工作34
• 2.4.2 单晶SiC抛光片的腐蚀实验34-35
• 2.4.3 纳米压痕实验35
• 2.4.4 纳米划痕实验35-36
• 2.5 检测仪器及方法36-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 腐蚀层厚度测量研究40-56
• 3.1 引言40
• 3.2 固相催化剂有效性分析40-48
• 3.2.1. 使用化学成分判断不同固相催化剂腐蚀效果40-46
• 3.2.2. 使用XRD对SiC腐蚀层进行物相分析46-48
• 3.3 优选最佳固相催化剂48-50
• 3.4 研究腐蚀时间对腐蚀层厚度变化的影响50-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第四章 腐蚀层与基底间临界附着力的研究56-66
• 4.1 引言56
• 4.2 纳米划痕实验分析方法56-57
• 4.3 未腐蚀区域的纳米划痕实验57-58
• 4.4 不同腐蚀层厚度对于临界附着力的影响58-61
• 4.5 不同划痕速度对于临界附着力的影响61-63
• 4.6 表面的不均匀对于临界附着力的影响分析63-65
• 4.7 本章小结65-66
• 总结与展望66-69
• 参考文献69-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高飞;徐永宽;程红娟;洪颖;张淑娟;;4H-SiC(0001)硅面原子级平整抛光方法[J];微纳电子技术;2014年09期

2 李洁;;纳米划痕测试在材料研究领域的最新进展[J];材料导报;2010年S1期

3 王群;;浅谈陶瓷釉面显微硬度测试设备的应用[J];陶瓷;2009年11期

4 操振华;李平云;陆海鸣;孟祥康;;纳米压痕法测量纳米晶金属Cu薄膜力学性能的研究[J];南京大学学报(自然科学版);2009年02期

5 肖先勇;王希宝;季广辉;;基于箱形图和矩估计的敏感元件电压凹陷敏感度评估[J];电网技术;2008年17期

6 丁凌艳;戴一帆;陈善勇;;平面子孔径拼接测量研究[J];光学精密工程;2008年06期

7 李响;杨洪星;于妍;许德洪;;SiC化学机械抛光技术的研究进展[J];半导体技术;2008年06期

8 冀国俊;史志铭;;氧化钛涂膜玻璃的纳米压痕实验及有限元模拟[J];稀有金属材料与工程;2007年S2期

9 桂文林;伍超标;;基于二阶扩展形式的金融资产回报“厚尾”分布形状参数矩估计阶的推广[J];数学的实践与认识;2007年04期

10 张泰华;影响纳米压入测试结果的因素[J];实验力学;2004年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张天林;纳米压入技术中基底和针尖效应的研究[D];中国科学技术大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王磊;基于芬顿反应的单晶SiC化学机械抛光液研究[D];广东工业大学;2015年

2 刘志军;碳化硅镜面材料的磁流变抛光工艺研究[D];国防科学技术大学;2008年

3 王登峰;光学镜面离子束抛光系统工艺参数研究[D];国防科学技术大学;2007年

4 王春亮;纳米压痕试验方法研究[D];机械科学研究总院;2007年

  本文关键词：基于芬顿反应的单晶SiC化学腐蚀层纳米力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：388724