CZT晶体加工表面/亚表面损伤研究

论文摘要

碲锌镉(Cd1-xZnxTe,简称CZT)晶体是20世纪80年代一种由CdTe发展起来的性能优异的Ⅱ—Ⅵ族三元化合物半导体材料。它主要有两个用途:一是作为外延生长红外探测器材料HgCdTe衬底材料;另一个是最有潜力的室温x/γ射线探测器材料。目前对CZT晶体的加工工艺为:内圆切割—研磨—机械抛光—化学机械抛光,这些加工工艺对晶片造成的损伤会增大表面漏电流,同时缺陷的存在会成为外延生长HgCdTe的缺陷源,对其制作的探测器性能有严重影响。因此,通过对CZT晶体加工表面/亚表面损伤进行检测和分析,以求实现CZT晶体的高效、低损伤超精密加工。本文在分析研究硬脆材料已有的损伤检测方法的基础上,通过大量的试验研究,解决了损伤检测中抛光液和腐蚀液配制的难题,最终确定了适合CZT晶体加工表面/亚表面损伤检测方法。利用纳米压痕试验检测CZT晶体不同晶面以及同一晶面不同晶向的纳米硬度和弹性模量,对力学特性的各向异性进行分析;利用Olympus光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、Newview5022表面形貌轮廓仪等设备,对CZT加工表面质量进行检测;采用截面显微法检测较大的亚表面损伤,角度抛光法检测较小的亚表面损伤,并试验确定了合适的抛光液和腐蚀液;在此基础上对不同加工工艺条件下的表面/亚表面损伤进行检测、分析。试验结果表明:CZT晶体在不同晶面上以及同一晶面的不同晶向都表现出明显的各向异性;加工工艺从内圆切割—研磨/磨削—抛光,表面质量有明显改善（粗糙度降低,损伤深度不断减小）,材料去除从脆性断裂过渡到塑性去除:采用固结磨料磨削工艺代替研磨和机械抛光,从而解决了磨粒嵌入问题,为后续的化学机械抛光做好准备,最终获得低损伤表面。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 CZT晶体特性
• 1.1.1 CZT晶体的结构特性
• 1.1.2 CZT晶体的应用
• 1.1.3 CZT晶体的生长
• 1.2 CZT晶体研究现状
• 1.2.1 CZT晶体生长研究现状
• 1.2.2 CZT晶体加工研究现状
• 1.2.3 CZT晶体缺陷研究现状
• 1.2.4 脆性晶体材料超精密加工后表面/亚表面损伤检测方法研究现状
• 1.3 课题的来源、研究目的及重要意义
• 1.3.1 课题的来源及研究目的
• 1.3.2 课题研究的重要意义
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 2 CZT单晶体的纳米力学特性
• 2.1 试验准备
• 2.2 试验结果及分析
• 2.2.1 不同晶面的各向异性
• 2.2.2 同一晶面不同晶向的各向异性
• 2.3 本章小结
• 3 CZT晶片超精密加工表面/亚表面损伤检测方法试验研究
• 3.1 表面损伤检测方法试验研究
• 3.1.1 光学显微镜
• 3.1.2 扫描电子显微镜
• 3.1.3 3D表面轮廓仪
• 3.2 亚表面损伤检测方法试验研究
• 3.2.1 截面显微法
• 3.2.2 角度抛光法
• 3.3 本章小结
• 4 CZT晶体超精密加工表面损伤检测结果与分析
• 4.1 光学显微镜检测结果与分析
• 4.2 扫描电子显微镜检测结果与分析
• 4.3 3D表面轮廓仪检测结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 CZT晶体超精密加工亚表面损伤检测结果与分析
• 5.1 加工CZT晶体的传统加工工艺引入的亚表面损伤
• 5.1.1 内圆切割片的亚表面损伤检测与分析
• 5.1.2 W10白刚玉研磨片亚表面损伤检测与分析
• 5.1.3 W2.5白刚玉研磨CZT晶片亚表面损伤检测与分析
• 5.1.4 W2.5白刚玉机械抛光CZT晶片亚表面损伤检测与分析
• 5.2 CZT晶体磨削片亚表面损伤
• 5.2.1 磨削设备及磨削加工参数
• 5.2.2 #600砂轮磨削CZT晶片亚表面损伤检测
• 5.2.3 #325砂轮磨削CZT晶片亚表面损伤
• 5.2.4 #2000砂轮磨削CZT片亚表面损伤
• 5.3 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢