中国电子科技集团公司 第四十六研究所, 天津 300220
分析了金刚石线锯多线切割150 mm SiC晶片的表面形貌及质量, 通过测试SiC片Si面和C面的表面粗糙度(Ra), 发现C面Ra值约为Si面的2倍。在切割过程中晶片向Si面弯曲, 使锯丝侧向磨粒对Si面磨削修整作用更强, 从而使晶片Si面更加光滑。此外, 通过显微截面法测试了SiC晶片两面的损伤层深度。结果表明, Si面损伤层深度约为789 μm, 明显低于C面的138 μm, 显微镜下观察到截面边缘更加平整。该方法进一步证明了多线切割时晶片向Si面弯曲, 使锯丝侧向磨粒对Si面的磨削效果更强, 从而造成SiC晶片两面表面形貌和质量存在差异。
SiC晶片 表面损伤层 表面粗糙度 弯曲度 SiC wafer subsurface damage layer surface roughness Bow
光学 精密工程
2023, 31(16): 2362
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室，北京 100081
3 包头师范学院物理科学与技术学院，内蒙古 包头 014030
提出了一种高温大量程的蓝宝石法布里-珀罗（F-P）干涉仪压力传感器。传感器由三层蓝宝石晶片直接键合而成，包括蓝宝石衬底、带通孔的蓝宝石晶片和感压蓝宝石晶片。飞秒激光用于在蓝宝石晶片的中心刻蚀通孔，并粗糙化感压蓝宝石晶片的外表面。利用蓝宝石晶片抛光面作为F-P腔的反射面，有助于降低解调出的光学腔长波动，提高压力分辨率。提出的传感器在室温、0~30 MPa的高压力范围内光学腔长随压力线性变化，压力灵敏度为0.1253 μm/MPa，相对分辨率达到0.04% FS（full scale，全量程），且能在700 ℃下稳定工作。
光纤光学 光纤压力传感器 非本征法布里-珀罗干涉仪 蓝宝石晶片 飞秒激光微加工 大压力量程 光学学报
2023, 43(15): 1506001
1 武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心，湖北 武汉 430070
2 歌尔股份有限公司，山东 潍坊 261031
为了从石英单晶薄片上切割分离出复杂形状的器件，进行了石英单晶薄片的飞秒激光基础试验。在50、100、200 kHz高重复频率下，试验研究了烧蚀孔径与激光参数的关系，从而分析计算得到在对应重复频率下纯石英的刻蚀阈值分别为3.73、3.45、3.2 J/cm2。然后，研究了飞秒激光的脉冲能量、扫描速度等加工参数对微槽加工质量的影响。结果表明，激光脉冲能量会显著改变加工微槽的表面形貌，扫描速度控制在3.5 mm/s附近时加工效果最优。最后，利用优化的工艺参数，在厚度0.45 mm的石英晶片上切出了谐振音叉类复杂形状器件，总体上达到了预期的质量要求。
激光器 飞秒激光 石英晶片 谐振音叉 切割 刻蚀阈值 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0714002
中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220
本文探究了往复式金刚石线锯的工艺参数对βGa2O3单晶沿(001)晶面切片时表面质量的影响，从压痕断裂力学理论角度探究了金刚石线锯切割βGa2O3单晶过程中磨粒行为和材料去除机理。实验从各向异性角度分析了切割方向对(001)面βGa2O3单晶切割片表面质量的影响，并采用SEM和SJ210粗糙度测试仪探究了工艺参数对金刚石线锯切割后的晶片表面质量的影响。实验结果表明，增大锯丝速度或减小材料进给速度都能降低亚表面损伤层深度及表面粗糙度，有效改善晶片表面质量。
βGa2O3晶片 金刚石线锯 切割方向 亚表面损伤层 表面粗糙度 βgallium oxide wafer diamond wire saw cutting direction subsurface damage layer surface roughness
锑化铟(InSb)材料因其特殊的性质被广泛用于红外光电探测等领域。随着更大面阵中波红外焦平面探测器的发展以及对低成本InSb红外探测器的需求，所需的晶片材料尺寸也日益增加。本文通过采用新结构石墨托以及高精度低损伤单线切割实现了5英寸InSb晶体定向断段；采用低损伤边缘倒角技术同时优化研磨参数改善了5英寸InSb晶片研磨；通过优化贴片工序提高了5英寸InSb晶片抛光后的平整度；通过优化抛光液pH值以及配比提高了5英寸InSb晶片表面质量。同时，使用X射线晶体定向仪、原子力显微镜等测试仪器对5英寸InSb晶片的晶向及偏差、抛光表面宏观质量、几何参数、表面粗糙度、晶格质量进行了测试表征。测试结果表明，采用优化后的加工工艺制备出了高质量的5英寸InSb晶片，能够满足InSb红外探测器制备需求。
锑化铟 5英寸 晶片 加工 高质量 红外探测器 InSb 5 inch wafer processing high quality infrared detector
南京理工大学 机械工程学院 SMC气动技术中心,江苏 南京210094
基于智能材料驱动的高速开关阀具有比电磁高速开关阀更好的动静态特性。针对传统悬臂梁结构压电双晶片输出力较小的缺点，该文研究了一种基于压电双晶片的气动高速开关阀，提出了一种简支梁结构固定方式。借助COMSOL对压电元件流固耦合问题进行分析，优化了阀的关键结构参数，并对样机进行了实验研究。实验结果表明，阀的工作频宽达到280 Hz，在压差0.3 MPa的条件下，最大流量为30.7 L/min。
压电双晶片 气动高速开关阀 简支梁 流固耦合 piezoelectric bimorph pneumatic high-speed on/off valve simply supported beam COMSOL COMSOL fluid-structure interaction
郑州大学机械与动力工程学院，抗疲劳制造技术河南省工程实验室，郑州 450001
采用微纳米力学测试系统对6H-SiC单晶片开展了不同速率和不同晶向的划痕试验，对划痕的摩擦系数、划痕切削深度以及表面三维形貌进行分析，进而研究划痕速率和晶向对6H-SiC单晶片划痕特征的影响。结果表明：当静载荷4 N和6 N、划痕速率从0.2 mm/min到1.6 mm/min时，随着载荷及划痕速率增大，划痕摩擦系数、划痕切削深度和划痕宽度等增大，SiC单晶片塑性变形区域增大，表面更粗糙。低速时摩擦系数较小，在一定程度上会减小划头的磨损速率。不同晶向的划痕材料堆积和凹坑程度不同，沿[11201120]和[11201120]晶向划痕的摩擦系数、划痕峰高和谷深较小，而沿[2-1102110]和[12-10]晶向划痕时较大，前者比后者较易实现塑性域加工。
碳化硅晶片 划痕速率 晶向 表面形貌 silicon carbide wafer scratch speed crystal orientation surface morphology
1 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
2 河北博威集成电路有限公司, 河北 石家庄 050299
SC切石英晶体谐振器是恒温晶振的核心器件, 但生产中发现高频SC切石英晶体谐振器的等效电感存在与理论值偏差、一致性差的问题。该文提出了石英晶体谐振器等效电感的计算模型, 并系统仿真了生产中可能影响等效电感一致性的因素。仿真结果表明, 电极厚度、微调量和微调斑偏移对等效电感的一致性影响不大, 而晶片的平行度是影响等效电感一致性的关键, 该结论有助于提高SC切石英晶体谐振器的指标和一致性。
SC切谐振器 晶片平行度 电极 等效电感 能陷理论 SC cut crystal resonator crystal parallelism electrode equivalent inductance energy trapping theory
1 浙大宁波理工学院 机电与能源工程学院, 浙江 宁波 315100
2 浙江大学 机械工程学院, 浙江 杭州 310027
3 宁波市博尔法液压有限公司, 浙江 宁波 315502
压电陶瓷材料具有优良的力学性能和响应特性, 将其作为智能执行器应用于液压阀中, 是持续多年的研究热点。但压电驱动器输出仅为微米级, 难以直接满足液压阀的使用要求, 因此需要设计相应的微位移放大机构。首先, 重点介绍了柔性铰链放大机构及其在压电阀中的典型应用, 根据原理可分为杠杆、三角、桥式等放大形式; 其次, 归纳了基于液压放大和晶片放大机构的两类压电阀的代表性结构和性能特点; 最后, 分析对比了三类放大机构应用于压电阀中的优缺点。结果表明, 铰链放大结构简单, 再现性好; 液压放大占用空间小, 频带宽, 倍数高; 晶片放大频响高, 只适用于伺服和先导控制。
压电阀 放大机构 柔性铰链 液压放大 压电晶片 piezoelectric valve amplification mechanism flexure hinge hydraulic amplification piezoelectric bimorph
