单晶MgO基片研磨工艺及其损伤研究

摘要

单晶MgO具有超高的耐温性，其透光率、热导率、电绝缘性、化学稳定性和机械强度等方面性能优异。因其介电常数低(ε=9.6)，高频时介电损耗率低，与YCBO超导薄膜热膨胀率相近且晶格匹配较好，被广泛用作高温超导薄膜的基片材料。同时也是一种重要的光学材料。无论是作为薄膜制备的基片，还是用作窗口材料、光学镜片等，都要求单晶MgO基片的纯度达到99.9％以上，且具有超光滑无损伤的表面。以HTS薄膜的外延生长为例，基片的表面质量(如表面的粗糙度、平整度、微观结构、表面应力、损伤和缺陷、物理化学吸附及杂质污染等)和基片材料的性能一样重要，是影响薄膜性能的主要方面。因此对单晶MgO光滑表面加工技术进行研究具有重要意义。 机械研磨工艺是传统的晶体加工工艺，也是单晶MgO基片最常用的加工方法。但目前对单晶MgO研磨加工工艺的研究很少，存在很多如加工质量、加工效率等问题，限制了单晶MgO的应用。因此，深入研究单晶MgO基片高效低损伤研磨工艺以获得高质量加工表面，对于扩大其应用领域并降低生产成本有重要意义。 任何加工方法均会引入表面/亚表面损伤，损伤的存在严重影响基片的表面完整性，最大损伤深度决定了后道加工工序的去除量。目前还没有人对单晶MgO基片表面/亚表面损伤的检测方法及损伤规律进行研究。 针对以上问题，本文首先进行了单晶MgO基片研磨工艺实验，研究了磨料粒度、研磨压力、研磨速度等工艺参数对单晶MgO基片研磨效果的影响，分析了基片表面粗糙度、材料去除率及表面损伤与加工参数的关系，得出了影响研磨质量及效率的主要因素并据此建立了能够稳定进行小批量单晶MgO基片生产的研磨工艺规程。另外对不同方法或条件加工单晶MgO基片的表面/亚表面损伤进行了研究。用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜及三维表面轮廓仪检测基片的表面形貌，应用截面显微法及逐层腐蚀法分析单晶MgO基片的亚表面损伤，得到了不同工艺和条件加工的单晶MgO基片亚表面损伤的构成特点及损伤深度，研究了表面损伤的形成规律，为研磨加工工艺参数的合理选择及后道抛光加工的进行提供了参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1单晶MgO基片的应用

1.2单晶MgO基片的特性

1.2.1单晶MgO基片的材料特性

1.2.2单晶MgO基片的加工特性

1.3单晶MgO基片加工技术研究现状

1.3.1单晶MgO基片的制备

1.3.2单晶MgO基片研磨加工中存在的问题

1.4单晶MgO损伤检测方法的研究现状

1.5课题的研究内容及意义

2单晶MgO基片研磨加工的试验研究

2.1单晶MgO研磨实验方案

2.2单晶MgO研磨实验结果讨论

2.2.1磨料粒度对去除率及表面粗糙度的影响

2.2.2研磨盘转速对去除率及表面粗糙度的影响

2.2.3研磨液流量对去除率及表面粗糙度的影响

2.2.4研磨压力对去除率及表面粗糙度的影响

2.2.5研磨盘硬度对表面粗糙度的影响

2.3研磨参数的选取

2.4本章小结

3单晶MgO基片表面形貌的检测方法试验研究

3.1表面形貌检测实验设备

3.1.1光学显微镜

3.1.2三维表面形貌轮廓仪

3.1.3扫描电子显微镜

3.2表面形貌检测结果

3.2.1光学显微镜的检测结果

3.2.2三维表面形貌轮廓仪的检测结果

3.2.3扫描电子显微镜的检测结果

3.3本章小结

4单晶MgO基片亚表面损伤检测的试验研究

4.1逐层腐蚀法实验研究

4.1.1实验条件

4.1.2实验结果

4.2截面显微法的实验研究

4.2.1截面显微法

4.2.2亚表面损伤深度的检测与分析

4.2.3对损伤深度的统计

4.3对截面观测结果的分析

4.3.1对损伤层形貌的分析

4.3.2对损伤层深度的分析

4.4对截面显微法与逐层腐蚀法实验结果存在差异的分析

4.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢