CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

吴成 李军 侯天逸 于宁斌 高秀娟

吴成, 李军, 侯天逸, 于宁斌, 高秀娟. 抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(6): 720-727. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0043
引用本文: 吴成, 李军, 侯天逸, 于宁斌, 高秀娟. 抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(6): 720-727. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0043
WU Cheng, LI Jun, HOU Tianyi, YU Ningbin, GAO Xiujuan. Effect of pad and slurry on fixed abrasive polishing of gallium oxide crystal[J]. Diamond &Abrasives Engineering, 2022, 42(6): 720-727. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0043
Citation: WU Cheng, LI Jun, HOU Tianyi, YU Ningbin, GAO Xiujuan. Effect of pad and slurry on fixed abrasive polishing of gallium oxide crystal[J]. Diamond &Abrasives Engineering, 2022, 42(6): 720-727. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0043

抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0043
基金项目: 国家自然科学基金联合基金项目(U20A20293);国家自然科学基金面上项目(52075318);江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目(JXQC-010)。
详细信息
    作者简介:

    吴成,男,1995年生,硕士研究生。主要研究方向:精密超精密加工。E-mail:wu15850568113@163. com

    通讯作者:

    李军,男,1979年生,教授、博士研究生导师。主要研究方向:精密超精密加工、固结磨料研磨抛光技术。E-mail: junli@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: TG58;TQ164

Effect of pad and slurry on fixed abrasive polishing of gallium oxide crystal

  • 摘要: 氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点,是最具代表性的第四代半导体材料之一,具有广阔地应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷,难以实现高质量表面加工,无法满足相应器件的使用要求,且现有的氧化镓晶体抛光工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有磨粒分布及切深可控、磨粒利用率高等优点。采用固结磨料抛光氧化镓晶体,探究抛光垫基体硬度、磨料浓度和抛光液添加剂对被抛光材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当抛光垫基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒浓度为100%、抛光液添加剂为草酸时,固结磨料抛光氧化镓晶体的材料去除率为68 nm/min,表面粗糙度Sa为3.17 nm。采用固结磨料抛光技术可以实现氧化镓晶体的高效高质量抛光。

     

  • 图  1  ZDHP-30平面精密环抛机

    Figure  1.  ZDHP-30 Plane precision ring polishing machine

    图  2  固结磨料抛光垫

    Figure  2.  Fixed abrasive polishing pad

    图  3  氧化镓晶体

    Figure  3.  Gallium oxide crystal

    图  4  不同硬度基体抛光垫抛光氧化镓晶体的材料去除率

    Figure  4.  Material removal rates of polishing gallium oxide crystal with different matrix hardness polishing pads

    图  5  不同硬度基体抛光垫抛光后氧化镓晶体表面显微形貌

    Figure  5.  Surface micro morphology of polishing gallium oxide crystal with different matrix hardness polishing pads

    图  6  不同硬度基体抛光垫抛光后氧化镓晶体表面AFM形貌

    Figure  6.  AFM morphology after polishing gallium oxide crystal with different matrix hardness polishing pads

    图  7  不同硬度基体抛光垫抛光后氧化镓晶体的表面粗糙度

    Figure  7.  Surface roughness after polishing gallium oxide crystal with different matrix hardness polishing pads

    图  8  磨粒对氧化镓晶体的作用机理

    Figure  8.  Mechanism of action of abrasive particles on gallium oxide crystal

    图  9  不同磨粒浓度抛光垫抛光氧化镓晶体的材料去除率

    Figure  9.  Material removal rates of polishing gallium oxide crystal with different abrasive concentrations polishing pads

    图  10  不同磨粒浓度抛光垫抛光氧化镓晶体后的表面显微形貌

    Figure  10.  Surface micro morphology of polishing gallium oxide crystal with different abrasive concentrations polishing pads

    图  11  不同磨粒浓度抛光垫抛光氧化镓晶体后的AFM形貌

    Figure  11.  AFM morphology after polishing gallium oxide crystal with different abrasive concentration polishing pads

    图  12  不同磨粒浓度抛光垫抛光氧化镓晶体后的表面粗糙度

    Figure  12.  Surface roughness after polishing gallium oxide crystal with different abrasive concentrations polishing pads

    图  13  不同酸性添加剂抛光垫抛光氧化镓晶体的材料去除率

    Figure  13.  Material removal rates of polishing gallium oxide crystal with different acid additives

    图  14  不同酸性添加剂抛光垫抛光氧化镓晶体后的表面显微形貌

    Figure  14.  Surface micro morphology of polishing gallium oxide crystal with different acid additives

    图  15  不同酸性添加剂抛光垫抛光氧化镓晶体后的AFM形貌

    Figure  15.  AFM morphology after polishing polishing gallium oxide crystal with different acid additives

    图  16  不同酸性添加剂抛光垫抛光氧化镓晶体后的表面粗糙度

    Figure  16.  Surface roughness after polishing gallium oxide crystal with different acid additives

    表  1  实验参数设置

    Table  1.   Experimental parameter settings

    金刚石磨粒
    粒径 Φ
    μm
    抛光
    载荷 p
    kPa
    抛光液
    流量 Q
    mL/min
    抛光垫
    转速 n1
    r/min
    工件
    转速 n2
    r/min
    抛光
    时间 t
    min
    3~5 17 60 85 80 30
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-10
  • 修回日期:  2022-06-14
  • 录用日期:  2022-06-17
  • 刊出日期:  2023-01-12

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