1 华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东广州50640
2 广东科技学院，广东东莞53083
在微流控芯片中，微流体自驱动受限于微纳流道制造技术。因此，提出一种采用分布有锯齿状微尖端的金刚石刀轮滚压硬脆性芯片材料表面的微纳流道加工方法。通过实验研究，分析微纳流道成型机理，且研究工艺参数及材料性质的作用机制，并探究其自驱动微流变性能。结果表明：在一定的切深和气压下，刀轮微尖端处的材料接触面产生应力集中，当达到压痕间裂纹贯通值时，以远大于刀轮滚压速度在材料表面形成纳米流道，当超过材料强度极限时形成微米流道，且深宽比随着最大应力增大而增大。单晶碳化硅、蓝宝石和光学玻璃形成纳米流道的最大应力范围分别为266~750 MPa，256~600 MPa和74~150 MPa，其中，光学玻璃的纳米流道深宽比高达1.1，表面粗糙度低至1 nm。低硬度材料可生成高深宽比的纳米流道，而高断裂韧性的材料表面质量最高。此外，纳米流道能够以高至0.055 mm/s的速度和低至0.001 μm3/s的剂量自驱动微流体。
微纳流道 金刚石刀轮 单晶碳化硅 蓝宝石 光学玻璃 microchannel and nanochannel diamond cutter wheel 4H-SiC sapphire optical glass 光学 精密工程
2023, 31(12): 1785
1 季华实验室，广东 佛山 528200
2 佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院，广东 佛山 528225
3 华中科技大学 光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
随着新能源、特高压需求爆发，以单晶碳化硅为代表的第三代半导体技术近几年得到了飞速发展，大口径单晶碳化硅材料制备已经成为现实，相比于目前已成熟应用的RB-SiC材料，单晶碳化硅不需要通过CVD或PVD改性就可以获得1 nm甚至更优的表面粗糙度，在光学元件领域的应用具有广阔前景，但同时加工难度高是亟待解决的问题。为了解决单晶碳化硅材料在光学加工过程中的粗糙度问题，提出了一种基于PSD评价及熵增理论的伪随机轨迹加工改善粗糙度的方法。相较于传统单一的Ra值评价方法，通过引入PSD曲线丰富了粗糙度评价的维度；利用对熵增理论的分析，从理论上讨论了确定性抛光轨迹和伪随机轨迹对粗糙度尺度下累计误差影响的区别。通过对6 in (1 in=2.54 cm)单晶碳化硅进行多轮抛光实验，结果表明：在相同初始粗糙度情况下，确定性轨迹与伪随机轨迹虽均得到了Ra约1 nm的粗糙度值，但PSD曲线可以明显看出确定性轨迹出现了尖峰，而伪随机轨迹则更为平滑。验证了特定采样区间下的PSD曲线作为粗糙度评价手段的有效性，同时论证了伪随机轨迹相较于确定性轨迹在单晶碳化硅材料抛光上的优势。
单晶碳化硅 伪随机轨迹 粗糙度 monocrystalline silicon carbide pseudo-random tool path roughness 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220838
1 浙江大学物理学院, 杭州 310027
2 浙江大学杭州国际科创中心, 先进半导体研究院和浙江省宽禁带功率半导体材料与器件重点实验室, 杭州 311200
3 浙江大学材料科学与工程学院, 硅材料国家重点实验室, 杭州 310027
4 浙江机电职业技术学院增材制造学院, 杭州 310053
作为制备半导体晶圆的重要工序, 线锯切片对半导体晶圆的质量具有至关重要的影响。本文以发展最成熟的硅材料为例, 介绍了线锯切片技术的基本理论, 特别介绍了线锯切片技术的力学模型和材料去除机理, 并讨论了线锯制造技术及切片工艺对材料的影响。在此基础上, 综述了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工中的应用和技术进展, 并分析了线锯切片技术对碳化硅晶体表面质量和损伤层的影响。最后, 本文指出了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工领域面临的挑战与未来的发展方向。
线锯切片 硬脆材料 单晶碳化硅 晶圆加工 砂浆线切割 金刚线切割 wire saw slicing brittle-and-hard material single crystal silicon carbide wafer processing slurry sawing diamond wire sawing
