蓝宝石晶片缺陷激光无损检测及其计算模拟研究

发布时间：2017-09-12 09:03

  本文关键词：蓝宝石晶片缺陷激光无损检测及其计算模拟研究

  更多相关文章： 蓝宝石晶片 微体缺陷 激光无损检测 散射光强 光强分布分析

【摘要】：蓝宝石因为其优越的光学和力学性能而在新型微电子工业、航空工业、军事等领域得到广泛的应用。然而,蓝宝石晶片的应用对其质量有极高的要求,但由于蓝宝石硬度极高,且从长晶到加工成晶片工序繁多,这使得蓝宝石晶片会不可避免残留有长晶和机械加工造成的复杂多样的缺陷。高质量的蓝宝石产品,既要求其不能含有宏观划伤、气泡等缺陷,也不能有我们常规方法难以检测的微/亚微米级缺陷。现在大部分生产商对蓝宝石晶片较宏观缺陷采用人工检测,对于微体缺陷更是采用随机抽样检测造成了极大浪费。为实现对蓝宝石晶片微/亚微米级缺陷自动、快速、准确、高效的无损检测,本论文主要研究利用可见激光散射光强空间分布来进行分析和检测蓝宝石晶片的微缺陷,这是整个缺陷检测装置研制的最核心部分;并根据计算仿真结果和透射光斑实验比较设计了简易的蓝宝石缺陷无损检测装置。(1)本文参考广义的洛伦茨-米氏理论,研究激光在遇到球形散射体后空间散射光强大小,提出利用空间光强相对变化趋势来判断蓝宝石晶片缺陷大小的新型检测方法,并建立起可见激光与蓝宝石内微体缺陷,微小气泡和微小杂质等数学模型,为利用空间散射光分布来确定蓝宝石晶片内部缺陷奠定了基础。(2)在上述广义洛伦茨-米氏理论基础上进行算法研究和数值计算,首先,对背散射,前散射,垂直散射三种散射方式散射光信号进行比较,确定了最佳的散射光接收角θ=π/2;其次,对不同的相对折射率m,不同q值的散射体数值计算仿真,指出缺陷大小是影响空间光强分布的主要因素;最后,通过相同相对折射率m不同大小缺陷的空间散射光分布进行分析对比,提出利用在固定空间范围内散射光强分布的极大值个数来作为第一特征点、利用空间散射光强分布的截止频率来作为第二特征值判断具体缺陷的大小。(3)为了设计更加高效的蓝宝石晶片检测系统,提出通过观察缺陷样品和标准样品的透射光斑,利用透射光斑的视觉比较来初步判断晶片内部几百微米以上的缺陷。将其作为整个晶片缺陷检测系统的初步筛选,筛选出“大尺寸”缺陷。(4)基于上述理论设计了简易蓝宝石无损检测装置,该检测装置由:氦氖激光器、样品扫描系统、散射光接收系统、散射光信息收集与处理部件等部分组成。
【关键词】：蓝宝石晶片 微体缺陷 激光无损检测 散射光强 光强分布分析
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ164.2;TN247
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-28
• 1.1 蓝宝石性质与应用9-14
• 1.1.1 结构材料9-10
• 1.1.2 窗口材料10-11
• 1.1.3 衬底材料11-12
• 1.1.4 其他方面应用12-14
• 1.2 蓝宝石晶体生长与加工方法14-18
• 1.2.1 蓝宝石晶体生长方法14-16
• 1.2.2 蓝宝石晶片加工方法16-18
• 1.3 蓝宝石晶片缺陷种类18-20
• 1.4 蓝宝石晶片缺陷检测技术与现状20-26
• 1.4.1 现有的蓝宝石晶片内部微缺陷检测方法20-23
• 1.4.2 人工检测法23-24
• 1.4.3 激光散射法检测微小颗粒24-26
• 1.5 本课题主要意义和研究内容26-28
• 1.5.1 研究意义26
• 1.5.2 研究内容26-28
• 第2章 光散射理论28-35
• 2.1 光散射理论28
• 2.2 米氏散射理论28-30
• 2.3 广义洛伦茨-米氏散射理论30-35
• 第3章 激光散射计算仿真35-51
• 3.1 散射光信号最佳接收位置的确定37-39
• 3.2 θ=90°时不同缺陷空间散射光强分布研究39-44
• 3.3 特征值的提取44-49
• 3.3.1 第一特征值提取44-45
• 3.3.2 第二特征值提取45-49
• 3.4 小结49-51
• 第4章 缺陷检测装置的研制51-59
• 4.1 透射光斑分析51-53
• 4.2 缺陷检测系统总体方案的设计53-58
• 4.2.1 光源选择和散射方法的验证53-55
• 4.2.2 检测系统各装置选择55-58
• 4.3 小结58-59
• 第5章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 个人简历与攻读硕士学位期间已公开的专利68

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