钆镓石榴石的研磨与抛光工艺研究

摘要

钆镓石榴石(GGG)是一种性能优良的激光晶体，被广泛应用于固体激光器中，在大功率激光二极管泵浦技术及其支撑技术取得重大突破后，固体激光器正在由中小功率向大功率快速发展的今天，GGG晶体成为大功率激光器的首选晶体。GGG晶片作为激光晶体应用于固体激光器中，需要有合适的表面质量和平面度来达到较高的激光阈值，但是目前关于GGG晶片加工工艺的研究仅仅局限在某一特定加工方法的优化，还没有一套较为完整的加工工艺方案，本文对GGG晶片的研磨和抛光的工艺条件与参数进行了研究与优化，主要研究内容如下：
　　(1)研究了GGG晶片的机械研磨工艺，将机械研磨分为粗研磨和精研磨两道工序，通过改进粗研磨参数使GGG晶片在较高的加工效率下快速减薄，同时避免了碎片；通过单因素实验对精研磨的工艺参数进行优化，确定合适的研磨盘，研磨盘转速和研磨载荷，兼顾表面粗糙度和平面度。
　　(2)研究了GGG晶片的机械抛光工艺，对机械抛光中使用较细粒度(W1-W2.5)磨粒以及硬质抛光盘抛光时对晶片易造成较大表面缺陷的问题，从磨粒硬度和粒度以及抛光模硬度的角度进行研究和分析，确定导致表面缺陷的根本原因在于抛光盘的硬度过高；通过轨迹计算和仿真，确定了使用偏心保持环在聚氨酯抛光垫上进行机械抛光的运动形式，并通过单因素实验优化了机械抛光的抛光转速和抛光载荷，使平面度达到140nm，表面粗糙度RMS达到21.9nm。
　　(3)研究了GGG晶片的化学机械抛光工艺，对化学机械抛光液中硅溶胶的浓度和pH值进行优化，为了避免在化学机械抛光中晶片的平面度发生恶化，采用硬度较高的IC1000聚氨酯抛光垫进行抛光，确定了抛光垫粘贴基底以及抛光垫平整度的测量与拟合方案，采用金刚石修整器并选用合适的修整参数对抛光垫进行修整，在进一步提高晶片表面粗糙度的基础上，保证了抛光垫的面形，有效避免了在化学机械抛光中晶片平面度恶化。
　　(4)确定了GGG晶片的组合加工工艺方案，通过该工艺可以高效地对GGG晶片进行加工，使其平面度达到276nm，表面粗糙度达到0.45nm，且对加工后晶片进行检测和分析，无明显缺陷。

目录

声明

1 绪论

1.1课题背景

1.2 GGG晶体的国内外研究现状

1.3 本论文研究内容

2 GGG晶体的机械研磨工艺研究

2.1 GGG晶体研磨实验条件

2.2 GGG晶体的粗研磨实验研究

2.3 GGG晶体的精研磨工艺实验研究

2.4 本章小结

3 GGG晶体的机械抛光工艺研究

3.1 GGG晶体机械抛光实验条件

3.2 GGG晶体的机械抛光工艺研究

3.3 本章小结

4 GGG晶体的化学机械抛光研究及组合加工工艺

4.1 化学机械抛光液的优化

4.2 IC1000抛光垫的面形测量与修整

4.3 化学机械抛光的工艺实验及结果分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢