SiC单晶片研磨过程材料去除仿真及材料去除率建模

摘要

随着电子工业的快速发展，对半导体材料的需求越来越大，对各种元器件的性能要求也越来越高。碳化硅(SiC)单晶作为理想的半导体材料，其需求量日益增加，但其高强度、高硬度和高脆性使其加工成高精度、高质量的元器件成为一大难题。而研磨作为SiC单晶片加工中的重要工序，其实质是利用磨粒对零件表面不断刻划、切削去除材料。研究表明SiC的加工存在塑性域，对其研究表明当磨粒切削深度小于材料临界切削深度，材料将以塑性模式去除，得到光滑平整的加工表面，随着切削深度的增加，材料的去除方式会逐渐改变，得到的表面形貌也发生变化。所以进一步研究其加工机理对于提高SiC单晶研磨质量十分重要。
　　本文研究了脆性材料塑性研磨加工机理，通过表面分形理论分析了磨粒与晶片的接触过程，通过对材料去除率模型的改进，使模型能够反应不同表面形貌对材料去除的影响，并通过数值仿真预测了各加工参数对加工过程的影响。
　　完成了单颗磨粒研磨加工仿真研究，以进一步研究研磨加工机理，并证明所建立模型的可靠性。通过实验，证明了仿真模型的准确性。在此基础上仿真超声波加载后三体运动磨粒的材料去除方式，为超声波辅助平面研磨的材料去除率模型的建立奠定理论基础。
　　之后数值仿真超声波加载对单颗磨粒的影响，进一步研究了超声加工提高材料去除率的原因。通过理论分析，建立超声研磨材料去除率模型，分析了影响材料去除方式的因素，从而在保证材料表面质量的基础上进一步提高材料去除率。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 硬脆材料研磨技术的发展

1.3 研磨过程材料去除机理

1.4 研磨工艺参数对材料去除率（MRR）的影响

1.5 超声研磨技术

1.6 主要研究内容

2 SiC单晶片平面研磨机理及材料去除率模型的建立与分析

2.1 研磨原理

2.2 研磨过程材料去除率模型的研究

2.3 平面研磨材料去除数值仿真

2.4 实验验证

2.4 本章小结

3 单颗磨粒对SiC单晶片的研磨仿真与实验

3.1 单颗磨粒平面研磨仿真

3.2 实验验证

3.3 三体加工仿真

3.4 本章小结

4 超声波辅助研磨加工建模及分析

4.1 超声波辅助研磨加工原理

4.2 超声加载下单颗磨粒三体磨损材料去除率模型

4.3 材料去除率模型的建立

4.4 超声辅助研磨材料去除数值模拟

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表论文及参与项目