法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2018-05-22
授权
授权
2017-06-23
实质审查的生效 IPC(主分类):B28D5/04 申请日:20161208
实质审查的生效
2017-05-31
公开
公开
技术领域
本发明设计一种用于CdS单晶体的切割方法,属于半导体材料的加工领域。
背景技术
硫化镉(CdS)晶体是带宽为2.4eV的直接跃迁型Ⅱ一VI族化合物半导体材料。CdS单晶的优异光电性质使其在探测器、太阳能电池,红外视窗等半导体器件制备上具有广泛的应用。
CdS晶体的加工包括定向、滚圆、切割、研磨、抛光、清洗等工艺,在后续的研磨、抛光工序之前,需要先将晶锭切割成表面平整、厚度均一的切割片,切割工艺的好坏直接影响后续的加工工艺。由于CdS晶锭的厚度较小(通常小于1 cm),常采用单线切割工艺对其进行切割。在单线切割工艺中,采用的切割线为金刚线,依靠金刚线和CdS晶体间的剧烈摩擦,使材料破裂并从母体表面脱落下来,从而达到切割的效果。由于CdS晶体的硬度小(莫氏硬度仅为3.3)、脆性大,在单线切割过程中,极易出现碎片现象,导致单线切割成品率过低;此外,采用传统单线切割工艺时,晶体的定向是通过以下步骤来完成:将晶锭固定在切割机样品台上,先从晶锭上切割下一小片并对切割片进行定向,根据晶向偏移量来调整样品台的角度,在这个过程中定向、样品台角度调节以及切割误差,使得传统的单线切割片晶向精度不高(偏差往往为0.3°~0.5°);再者,采用传统的单线切割方法对CdS晶锭进行切割时,晶锭的滚圆操作过程会比较繁琐,若操作不当会使切割片为椭圆形。
发明内容
鉴于现有技术的状况及不足,本发明针对低阻n型CdS单晶晶体的切割,提供了一种采用电火花切割技术快速切割CdS单晶体的方法,电火花切割技术,是依靠电能和热能进行材料去除,是一种非接触性的切割方法,此方法既可以大大降低碎片的风险,同时也可以大大提高加工效率。
本发明为实现上述目的,所采用的技术方案是:一种采用电火花切割技术快速切割CdS单晶体的方法,其特征在于:步骤如下,
第一步,用高温蜡将CdS晶锭的剥离面粘贴在一个总厚度变化小于5 μm的铸铁托上,用平面磨床将CdS晶锭的生长面磨平;
第二步,用X射线衍射仪对磨平的端面进行定向,根据晶向偏离(0001)的偏移量进行调整,对生长面再次进行平面磨,直到该端面偏离正晶向的角度小于0.5°;
第三步,将CdS晶锭从铸铁托上取下,用高温蜡将已磨平的生长面贴在铸铁托上,用平面磨床将晶锭的剥离面磨平,然后将铸铁块装卡到滚圆磨床的样品台上,先对CdS晶锭进行滚圆,然后进行主参考面和副参考面制作;
第四步,滚圆和参考面制作完成之后,将CdS晶锭从铸铁块上取下,用酒精将CdS晶锭擦洗干净,然后用真空吸附台将CdS晶锭吸附住,晶锭的主参考面朝下,主参考面与卡具水平面留有一定间隙,可以放下一个石墨条,在石墨条上涂覆上一层厚度约为5mm的固体胶,将石墨条放到该间隙中,使CdS晶锭主参考面与固体胶接触,固定台子侧面的螺丝,使石墨条固定,静置使固体胶凝固,CdS晶锭就粘贴在石墨条上,这样切割后的晶片会靠胶的作用不会脱离石墨条,可以防止切完的晶片掉落,或者发生倾斜与其他晶片发生磕碰而出现碎片事故;调整电火花切割机切割参数,对晶锭进行切割,脉冲宽度为15-20,脉间倍数为6-10,功放为4-6,进给速度为0.8-2.8 mm/min;
第五步,切割完成后,依次采用煤油浸泡、热酒精对切割后的晶片进行冲洗,然后将切割卡具放在温度为80℃的热水中,使胶软化,将晶片取下,进行下一步操作。
本发明的有益效果是:利用平面磨床将晶锭生长面磨平,对其进行定向,定向完成后对晶锭进行滚圆,这样能保证最终切割片为圆形而非椭圆形;真空吸附台的设计,既能保证切割片的晶向偏差小于0.2°,又能防止切割片从卡具上掉落而摔碎。
采用非接触式的电火花切割技术对n型CdS晶锭进行切割,可以大大的提高切割效率、减少碎片的产生。
附图说明
图1本发明电火花切割加工晶锭的示意图;
图2为本发明CdS晶锭的示意图;
图3为本发明CdS晶锭的剥离面与铸铁托粘贴在一起的示意图;
图4为本发明CdS晶锭的生长面加工后的示意图;
图5为本发明CdS晶锭的晶向偏离量调整后的示意图;
图6为本发明CdS晶锭的生长面与铸铁托粘贴在一起的示意图;
图7为本发明CdS晶锭的剥离面加工后的示意图;
图8为本发明CdS晶锭进行滚圆的示意图;
图9为本发明CdS晶锭进行参考面制作的示意图;
图10 为本发明晶锭固定到自制电火花切割机卡具上的示意图;
图11为图10的侧视图;
图12为真空吸附台的结构示意图。
具体实施方式
一种采用电火花切割技术快速切割CdS单晶体的方法,步骤如下:
第一步,用高温蜡3将CdS晶锭1的剥离面1-1粘贴在一个总厚度变化小于5 μm的铸铁托2上,用平面磨床将CdS晶锭1的生长面1-2磨平,如图2、图3所示。
第二步,用X射线衍射仪对磨平的端面进行定向,根据晶向偏离(0001)的偏移量进行调整,对生长面1-2再次进行平面磨,直到该端面偏离正晶向的角度小于0.5°如图4、图5所示。
第三步,将CdS晶锭1从铸铁托2上取下,用高温蜡3将已磨平的生长面1-2贴在铸铁托2上,用平面磨床将晶锭的剥离面1-1磨平,然后将铸铁块2装卡到滚圆磨床的样品台上,对CdS晶锭1进行滚圆和参考面制作,如图6、图7、图8、图9所示。
第四步,将滚圆后的CdS晶锭1固定到电火花切割机4卡具4-1上,如图1、图10、图11所示,该卡具4-1材质为不锈钢,卡具4-1的水平面和竖直面垂直,竖直面上突出的部分为真空吸附台4-2,真空吸附台4-2面与卡具4-1的竖直面平行,且真空吸附台4-2台面的总厚度变化小于5μm,真空吸附台4-2上设有附气孔4-2-3、十字槽4-2-2和圆形刻槽4-2-4,目的是保证晶锭能够吸附牢固,在粘胶过程中位置不会移动。
用真空吸附台4-2将CdS晶锭1吸附住,晶锭主参考面1-3朝下,主参考面1-3与卡具4-1水平面留有一定间隙,可以放下一个石墨条6,在石墨条6上涂覆上一层厚度约为5mm的固体胶5,将石墨条6放到该间隙中,使CdS晶锭1大参考面与固体胶5接触,固定台子侧面的螺丝,使石墨条6固定,静置使固体胶5凝固,CdS晶锭1就粘贴在石墨条6上,这样切割后的晶片会靠胶的作用不会脱离石墨条6,可以防止切完的晶片掉落,或者发生倾斜与其他晶片发生磕碰而出现碎片事故;调整电火花切割机4切割参数,对晶锭进行切割,脉冲宽度为15-20,脉间倍数为6-10,功放为4-6,进给速度为0.8-2.8 mm/min。
第五步,切割完成后,依次采用煤油浸泡、热酒精对切割后的晶片进行冲洗,然后将切割卡具4-1放在温度为80℃的热水中,使胶软化,将晶片取下,进行下一步操作。
真空吸附台4-2为圆状体,在真空吸附台4-2一端面上,设有四个固定孔4-2-1,在四个固定孔4-2-1之间的台面上设有十字槽4-2-2,十字槽4-2-2交叉中心点为吸附气孔4-2-3,沿吸附气孔4-2-3向外的十字槽4-2-2上,间隔设有两道圆形刻槽4-2-4,十字槽4-2-2与两道圆形刻槽4-2-4相通,如图12所示。
真空吸附台4-2的材质为有机玻璃。
以下结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1、 电火花切割工艺参数的选择,脉冲宽度为17,脉间倍数为8,功放选择为5,进给速度为2.0 mm/min。
实施例2、 电火花切割工艺参数的选择,脉冲宽度为15,脉间倍数为6,功放选择为4,进给速度为0.8 mm/min。
实施例3、电火花切割工艺参数的选择,脉冲宽度为20,脉间倍数为10,功放选择为6,进给速度为2.8 mm/min。
选择实施例1中的参数进行加工,可以将切割效率提升10倍,同时整个CdS晶锭1的切割过程中不会出现碎片现象,切割晶片的表面损伤状况较浅,可以在后续的加工工艺中去除。
表1为电火花切割和常规的单线切割工艺结果对比。
表1
从表1看出,传统的单线切割采用金刚线,金刚线在晶锭表面来回高速运动,对晶锭产生剧烈摩擦,使得材料碎裂并从母体表面脱落,单片切割的时间为250min/片,切割晶片的TTV为6 μm,破片率为40%,切割片晶向偏移量往往为0.3-0.5°。
电火花切割则采用钼丝作为电极,钼丝在晶片表面来回高速运动,依靠脉冲火花放电时的电热作用实现对晶锭的切割,但由于加工中钼丝与晶锭并不直接接触,所以并没有机械加工宏观的切削力,此方法,切割的时间为25min/片,切割晶片的TTV为3μm,加工过程中不会出现破片现象,并且切割片晶向偏差小于0.2°。
机译: 一种能够检测加工状态并确定加工间隙中的平均电压的电火花线切割加工方法及相应的电火花线切割机。
机译: 一种制造超硬材料板的方法以及适用于这种方法的切割技术
机译: 一种制造超硬材料板的方法以及适用于这种方法的切割技术